NO752753L - - Google Patents

Description

Den foreliggende oppfinnelse vedrører elektrokjemiske reaktorer, nærmere bestemt en elektrode for bruk i slike reaktorer.

Elektrokjemiske reaktorer anvendes i mange ulike prosesser, og følgelig er det et stort antall ulike konstruksjoner i bruk. Blant disse prosesser er elektrokjemiske synteser, elektrolyse, elektroraffinering, elektroutvinning, elektrometallurgi, elek-trodannelse av kjemiske sorter samt elektrokjemisk behandling av avfall.

Effektiviteten til enhver elektrokjemisk reaktor er nært knyttet til arbeidseléktrodens egenskaper, nærmere bestemt denne elektrodes overflateareal og fordelingen av elektrisk potensial på'.elektrodens overflate. Dersom overf latearealet som er i be-

i

røring med elektrolytten gjøres størt mulig vil elektroden kunne danne en stor overføringsstrømning, og dersom potensialet er konstant tvers over overflaten vil elektroden være regulerbar slik at den er sterkt selektiv og derved kan sikre at de ønsk-ete resultater kan oppnås. Idet den økonomiske og kommersielle gjennomførbarhet for enhver elektrokjemisk prosess i stor utstrek-ning er avhengig av reaktorens effektivitet vil følgelig enhver forbedring av en reaktors egenskaper ha vesentlig intflytelse på kostnaden for driften av prosessen.

Det er blitt forsøkt ulike elektrodeutforminger for å opti-malisere reaktor-effektiviteten, men generelt har en forbedring

av overflatearealet ikke resultert i en forbedring av potensialfordelingen og omvendt. Ifølge en utførelsesform er det frembrakt en elektrode som består av et partikkelformet lag. Det er oppnådd en vesentlig økning av overflatearealet, men potensialfordelingen er litt uberegnelig som følge av dårlig mekanisk kontakt, noe som resulterer i et potensialfall mellom tilstøtende

partikler. Som resultat varierer potensialfordelingen, og følg-elig har fordelene som fremkommer ved økt overflateareal tendens til å minskes eller gå tapt ved den dårlige potensialfordeling.

Et eksempel på en slik konstruksjon er kjent fra US-patentskrift 3.827.964.

Ifølge en annen utførelsesform er det frembrakt en elektrode i form av et flytende lag. Også i dette tilfelle resul-

terer dårlig elektrisk kontakt mellom- partiklene i et potensialfall mellom partiklene med tilhørende stor ujevnhet i potensial over elektroden i form av den flytende seng. Potensialet er ikke tilstrekkelig beregnélig til å muliggjøre nøyaktig regulering av elektroden slik at fordelene ved økt overflateareal også i dette tilfelle senkes av dårlig potensialfordeling.

Bortsett fra disse forsøk på å anvende ulike former for granulere eller partikkelformete lag, har forsøkene med å opti-malisere elektrodeeffektiviteten vært ulike former for lag og liknende til dannelse av multiplate-elektroder atskilt av små mellomrom. Bortsett fra det små areal som oppnås sammenliknet med granulere lag har konstruksjonene en ytterligere ulempe at de små mellomrom har tendens til å bli blokkert og er vanskelig å anordne for adekvat elektrolyttstrømning. De fleste utforminger av denne type som gir fornuftig effektivitet omfatter organer for omrøring av elektrolytten eller på annen måte tvinge elektrolytten gjennom elektroden.

Det er et formål med den foreliggende oppfinnelse å frembringe en elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor, hvor elektroden har forbedrete potensialfordelingsegenskaper og høyt forhold mellom overflateareal og volum.

Ifølge oppfinnelsen er det frembrakt en elektrode for bruk

i en elektrokjemisk reaktor. Elektroden kjennetegnes ved at den omfatter et antall karbonfibrer som er anordnet nær hverandre og hvor hver fiber er i elektrisk kontakt med i det minste atskillige av de andre karbonfibrer for overføring av et elektrisk potensial stort sett gjennom hele elektroden når elektroden er i bruk i reaktoren.

Med begrepet "karbonfibrer" menes alle fibrer som er fremstilt ved ulike varmebehandlinger av egnete, organiske forstadier såsom rayon eller polyakrylnitrilfibrer.

Oppfinnelsen vil bli nærmere forklart i det etterfølgende ,v under henvisning til de medfølgende tegninger, hvori:

Fig. 1 viser skjematisk et tverrsnitt av en elektrokjemisk reaktor som inneholder en utførelsesform av elektroden ifølge oppfinnelsen. Fig. 2 viser et skjematisk tverrsnitt gjennom en annen utførelsesform av en reaktor som inneholder en. elektrode ifølge oppfinnelsen. Fig. 3 viser en annen utførelsesform av en elektrode. Fig. 4 viser et perspektivriss av en annen elektrode ifølge oppfinnelsen.

i

Fig. 4a viser et sideriss av enda en annen utførelsesform

av elektroden ifølge oppfinnelsen.

Fig. 5 viser delvis skjematisk et tverrsnitt av en reaktor som inneholder elektroden i fig. 4. Fig. 6 viser et oppriss av enda en annen utførelsesform

av en elektrode ifølge oppfinnelsen.

Fig. 7 viser et tverrsnitt av en reaktor med elektroden

i fig. 6.

Fig. 1 viser en enkel utførelsesform av en reaktor 20

som omfatter en elektrolyttbeholder 22 som er.åpen oventil og som avgrenser et elektrolyttutløp 24 nær den åpne, øvre ende. Dette utløp regulerer elektrolyttnivået i beholderen 22.

Reaktoren omfatter også en arbeidselektrode 2 6 som er fyllt méd karbonfibrer 27 og anbrakt midt inne i beholderen 22. Elektroden 26 er anbrakt inne i en ringformet motelektrode 28 og er utstyrt med et hus 29 som omfatter en generell sylindrisk hoveddel 30 av asbest eller liknende som har en bunn 32, og en toppenhet 34. Delen 30 avgrenser et antall små åpninger 35 nær bunnen 32 for å muliggjøre bortføring av elektrolytt fra huset 29. Åpningene er små sammenliknet med lengden av en karbonfiber 27, slik at fibrene har tendens til å ligge på tvers av åpningene slik at det er liten sannsynlighet for at en fiber skal unnslippe fra huset 29.

Toppenheten 34 består av et ringformet element 36 som slutter tett inntil den øvre ende av hoveddelen 30 og som er festet til denne ved hjelp av et vilkårlig egnet klebemiddel.

Elementet 36 i toppenheten 34 er gjenget innvendig for å oppta et utvendig gjenget sammentrykningselement 38 som er utstyrt med en øvre kvadratisk del 40 som er innrettet til å stå

i inngrep med en nøkkel for dreining av elementet 38 i det ringformete element 36. Det er også anordnet en låsemutter 42, og

denne er innrettet til å holde et elektrisk kontaktstykke 44 i stilling og å låse sammentrykningselementet 38 i en foretrukket stilling i det ringformete element 36. Kontaktstykket 44 er koplet til den ene ende av en isolert leder 46 .

Motelektroden 28 omfatter en oppoverløpende del 48 som med en festeanordning 50 er koplet til et ytterligere elektrisk kontaktstykke 52. Dette kontaktstykke opptar en annen elektrisk leder 54,som vist skjematisk, som utgjør en del av en krets for elektrisk energi med en energikilde 55, og som'også er koplet til lederen 46.

Et elektrolyttinnløp 56 er anordnet for å føre elektrolytt direkte fra utsiden av reaktoren 20 til innsiden av arbeidselektroden 26. Her treffer elektrolytten karbonfibrene før den passerer gjennom åpningene 35 i hoveddelen 30 og deretter beveger seg forbi motelektroden 28 og deretter ut gjennom utløpet 24.

Elektroden ér ' vist i en form-hvor monteringen utføres på følgende måte: Først anbringes karbonfibrene i hoveddelen 30, og deretter anordnes toppenheten 34 øverst på hoveddelen 30. For- letthets skyld er karbonfibrene buntet nokså tett og har

en lengde som er sammenliknbar med hoveddelens 30 lengde. Når det ringformete element 36 er på plass på delen 30 gjenges sammentrykningselementet 38 inn i elementet 36 ved å anvende en nøkkel på den kvadratiske del 40 på elementet 38. Dette skaper en sammentrykning av karbonfibrene som er tilstrekkelig til å holde dem i sammentrykket inngrep med hverandre idet selv om fibrene har liten diameter er de ganske stiv i forhold til størrelsen. Med riktig pakking i huset 29 vil følgelig fibrene stå i inngrep med hverandre når en sammentrykningsbelastning ut-øves i den ene ende av huset, slik at det sikres elektrisk kontakt mellom fibrene. Som følge av fibrenes ubetydelige elektriske motstand og de tallrike kontaktpunkter mellom en fiber og til-støtende fibrer er det effektivt et konstant elektrisk potensial tvers gjennom fibrene. Etter at sammentrykningen er blitt frembrakt anordnes det elektriske kontaktstykke 44 i sammentrykningselementet 38, og låsemutteren 42 anordnes for å holde både elementet 38 og kontaktstykket 44 i stilling.

I bruk vil det bli valgt en energikilde avhengig av prosessen som benyttes. Dersom kationer skal samles inn vil arbeidselektroden 2 6 bære katoden. Dersom derimot anioner skal samles inn vil arbeidselektroden være anoden.

Arbeidselektrodens form kan varieres uten å avvike fra oppfinnelsen. Fiberlengden er fortrinnsvis sammenlignbar med hoveddelens"30 lengde. Men lengden kan varieres i overensstemmelse med det som er forenelig med det å frembringe tilstrekkelig eiektrolyttisk kontakt mellom fibrene uten å alvorlig motvirke strømningen av elektrolytt gjennom fibrene.. Det vil være klart at dersom lengden av fibrene minskes vil man nærme: seg en størr-else hvor fibrenes kompakte masse vil innvirke alvorlig' på strøm-ningen av elektrolytten.

Det har vist seg ar karbonfiberelektroder av den beskrevne type er ytterst effektive primært som følge av den ubetydelige elektriske motstand i hver fiber slik at det kan oppnås et stort sett konstant potensial i fibrene, og også som følge av det ytterst store overflateareal som oppnås ved bruken av disse fibrer i en elektrode av gitt størrelse. Typiske egnete karbonfibrer selges under handelsnavnet "Grafil". Hver av disse fibrer har typisk en diameter på fra ca. 5 til 15 mikron selv om andre størrelser er tilgjengelig. Fibrene selges som et tau som hvert inneholder 5 eller 10 tusen fibrer. Følgelig er det hensiktsmessig å fremstille en elektrode av den beskrevne type ved å ta en del av tauet og plassere dette i en beholder såsom huset 2 9 og deretter utøve en endekraft for å bringe fibrene i ,god elektrisk kontakt med hverandre. Imidlertid vil for en gitt størr-else på huset masseoverføringen minske når fibrenes tverrsnitt øker som følge av at overflatearealet minskes effektivt.

Det har også vist seg at karbonfibrene har egenskaper som' er uventet fordelaktig for effektiviteten av elektrokjemiske prosesser generelt. Fibrene har lave adsorpsjonsegenskaper og har tendens til å være fri for skadelig filmdannelse på overflaten av fiberen i et relativt stort driftspotensialområde. Følgelig kan det oppnås relativt høye masseoverføringshastig-heter som følge av disse egenskaper kombinert med det store overflateareal hos fibrene pr. volumenhet av elektroden.

En annen viktig egenskap er de fordelaktige overpoten-sialegenskaper. Hydrogen- og oksygenoverpotensialene er stor, (særlig i nøytrale oppløsninger) slik at karbonfibrene kan an-■-■ vendes både som anode og katode i et betydelig potensialområde. Dette muliggjør at et stort antall elektrokjemiske reaksjoner kan foregå på en karbonfiberelektrode.

Disse eksempler viser resultater oppnådd ved bruk av karbonf iberelektroder .

Selv om en elektrokjemisk membran ikke er blitt anvendt

i den eksemplifiserte reaktor vil det være klart at en slik membran kan anvendes når en spesiell prosess krever slik bruk. Dersom en reaktor skal anvendes uten kontinuerlig strømning vil elektrolyttstrømningen på tilsvarende måte kunne .avbrytes ved å fordele med innløpet 56 og utløpet 24.

I noen elektrokjemiske prosesser kan reaktoren som er beskrevet under henvisning til fig. 1 ikke være egnet. Noen eksempler på andre former som ville kunne anvendes er vist i fig. 2-4.

Ifølge fig. 2 har en arbeidselektrode 58 form av. en matte fremstilt av mange karbonfibrer og er anbrakt i en skråstilt beholder 60. Noen av fibrene rager utenfor beholderen 60 for å frembringe et kontaktstykke 62 for tilkopling til en energikilde 63. Energikilden 63 er også koplet til en platemotelektrode 64.

Elektrolytt (som kan være en avfallsvæske eller liknende) strømmer inn i beholderen 60 fra en innløpsstrøm 66 og blander seg med elektroden 58 før den forlater beholderen i en utløps-strøm 68. Oppholdstiden reguleres av strømningsvolumhastigheten .som tillates i strømningen for innløpsstrømmen 66. Imidlertid må strømningshastigheten ikke være for stor idet karbonfiberelektroden kunne brytes opp og tvinges ut av beholderen 60.

Fig. 3 viser en annen utførelsesform av en reaktor 70 som består av henholdsvis en øvre og en nedre halvdel 72 og 74 som sammen avgrenser et hulrom 76 som inneholder et antall karbonfibrer 78. Disse fibrer ligger generelt side om side, og noen av dem rager utenfor hulrommet 76 slik at det dannes et kontaktstykke 80 for en energikilde 81. Den øvre halvdel 72 avgrenser en manifoldåpning 82 for tilførsel av elektrolytt til mange små åpninger 84, hvorav noen er vist, som kommuniserer med hulrommet 76. Åpningene 84 er små for å sikre en mer jevn strøm-ning over elektroden og for å hindre at all strømningen fore-går i den ene ende av elektroden.

.Etter å ha passert over fibrene 78 strømmer elektrolytten via små åpninger 86 som fører til en manifoldåpning 88 inn i den hedre halvdel 74. Åpningen 88 inneholder en motelektrode 90 som

også er koplet elektrisk til energikretsen.

Som nevnt ovenfor er det klart at effektiviteten og nøy- aktigheten av reguleringen av elektroden avhenger av potensialfallet i elektroden og også av overflatearealet som er i berør-ing med elektrolytten. Men elektrolytten bør også bevege seg fritt gjennom elektroden mens den berører så mye som mulig av elektrodens overflateareal. En spesiell form for karbonfibre-elektrode som ér fordelaktig når det gjelder å muliggjøre fri bevegelse av elektrolytt er vist i fig. 4.

Eksempler på bruk av en arbeidselektrode av den type som er vist generelt i fig. 3 vil bli beskrevet i det etterfølgende. Alle nevnte elektrodepotensialer er målt i forhold til en mettet kalomelelektrode.

Eksempel 1

En mørkeblå oppløsning av kobbersulfat med en konsentrasjon på 10.000 ppm ble innført i reaktoren. Arbeidselektrodens potensial ble holdt på -1,2 volt, og den utstrømmende oppløsning var fargeløs, noe som indikerte at kobberet var blitt holdt tilbake av arbeidselektroden. Arbeidselektrodens potensial ble deretter koplet om til +0,2 volt, og den utstrømmende oppløsning var blå, noe som indikerte at kobber var blitt fjernet fra arbeidselektroden.

Forsøket ble gjentatt ved å tilføre en oppløsning på 10.000 ppm kobbersulfat til reaktoren, og igjen var den utstrømmende oppløsning fargeløs. Vann som inneholdt litt elektrolytt ble deretter innført, og det som kom ut var igjen fargeløst. Under fortsatt tilførsel av vann ble arbeidselektrodens potensial koplet om til +0,2 volt, og oppløsningen som kom ut var blå,

noe som indikerte at kobber var fjernet fra arbeidselektroden.

Hver av omsetningene foregikk ved en oppholdstid på ca.

12 sek. At det som kom ut i begge tilfeller var fargeløst indi-kerer en minskning av kobber på fra 10.000 ppm til mindre enn 400 ppm. Oppholdstiden vil i noen grad variere avhengig av pakk-ingen av karbonfibrene.

Eksempel 2

En oppløsning som inneholdt 250 ppm bly ble fremstilt og innført i reaktoren. Den utstrømmende oppløsning ble oppsamlet og analysert ved atomabsorpsjonspektrofotometri. Denne analyse

ble utført under anvendelse av et Perkin Eimer atomabsorpsjons-spektrofotometer som var utstyrt med en Mossman Furnace atomi-

seringsapparat. Følgende resultater ble oppnådd: Arbeidselektroden ble holdt på -1,2 volt. Oppløsningen som

kom ut hadde en konsentrasjon på 0,2 ppm bly.

Den totale omsetning på ca. 12 sekunders oppholdstid var derfor 99,9% ved en eneste passering.

Eksempel 3

Eksempel 2 ble gjentatt med kobber. Arbeidselektroden hadde et potensial på -1,2 volt, og den innførte oppløsning var kobbersulfat. Den innførte oppløsning hadde en konsentrasjon på 250 ppm kobber, og den utstrømmende oppløsning hadde en konsentrasjon på 4 ppm kobber. Det var således en omsetning på 98,4% i løpet av ca. 12 sekunders oppholdstid ved en eneste passering gjennom reaktoren.

Eksempel 4

Eksempel .2 ble. gjentatt med nikkel. Det ble anvendt nikkel-klorid ved et arbeidspotensial på -1,6 volt. Den innførte opp-løsning hadde en konsentrasjon på 250 ppm nikkel, og den ut-strømmende oppløsning hadde en konsentrasjon på 20 ppm. Det ble således oppnådd en 92 prosentig omsetning ved ca. 12 sekunders oppholdstid ved en eneste passering.

Preliminære studier har antydet at den elektrokjemiske reduksjon av nikkel på karbonfiberelektroder er ulik reduk-sjonen av .de andre metaller ifølge de tidligere eksempler. Kinetikken for reaksjonen er langsommere. Dette forklarer even-tuelt den lavere omsetningsfaktor på 92% på 12-^sek. En lengre oppholdstid kan godt bevirke høyere omsetninger ved en eneste passering, selv om omsetningsfaktoren er meget tilfredsstillende under betraktning av den korte oppholdstid i reaktoren.

Eksempel 5

Oppløsninger som inneholdt henholdsvis 500 og 100 ppm kadmium ble innført i reaktoren, og den utstrømmende oppløsning ble kontrollert ved hjelp av anodiske fjerningsvoltmetre som var automatisert på rekke. Omsetninger på 99% ble oppnådd når arbeidselektroden ble holdt på -1,4 volt.

Resultatene fra disse eksempler viser at ytelser i størr-elsesorden 99% ved en oppholdstid på 12 sek. kan oppnås. Dette ,v skyldes både at karbonfibrenes ubetydelige motstand muliggjør nøyaktig regulering av potensialet tvers over elektroden, og elektrodens høye forhold mellom overflateareal og volum. Følgelig er to primære krav til en elektrode som anvendes for fjerning av metaller fra en oppløsning blitt benyttet i denne.konstruksjon, nemlig et stort overflateareal kombinert med et jevnt elektrisk potensial tvers-over arealet.

Som vist i fig. 4 består en elektrode 92 av et tau 94 som står i inngrep med en kopling 96 i en atskilt, øvre endedel av tauet 94. Denne kopling omfatter også et stående elektrisk kop-lingsstykke 98 for kopling av elektroden til en elektrisk energikilde.

Tauet 94 består av tallrike karbonfibre 100 som alle fortrinnsvis har samme lengde og som alle generelt ligger anordnet side om side. De respektive ender av fibrene 100 slutter på samme nivå ved den øvre kant av en ring 102 som utgjør en del av koplingen 96. Ringen 102 er bøyet innover i fast inngrep med tauet slik at individuelle fibrer i ringen er i elektrisk kontakt med hverandre. Som følge av at ringen er ledende vil følgelig et potensial som<p>åtrykkes på koplingsstykket 98 overføres via ringen 102 til de individuelle karbonfibrer 100, slik at potensialet på hver av fibrene vil være stort sett det samme som potensialet på alle de andre fibrer. Idet potensialfallet i fibrene er ubetydelig vil dessuten potensialet på ethvert punkt i fibrene være stort sett det samme som potensialet som påtrykkes tauet.

Det har vist seg at karbonfiberelektroder av den type som er vist i fig. 4 er ytterst effektive som følge av de oven-nevnte egenskaper hos karbonfibrene og også som følge av det ytterst store overflateareal i stadig kontakt med elektrolytt.

I bevegelig elektrolytt har dessuten fibrene tendens til å ligge i strømningsbanen slik at det sikres maksimal kontakttid når elektrolytten strømmer langs fibrene.

Koplingen 96 kan ha vilkårlig egnet form for å holde fibrene i deres relative stillinger over en del av lengden av tauet mens den også gjør det mulig å påtrykke fibrene et forenelig potensial. Ved enkle anvendelser vil faktisk binding om tauet være tilstrekkelig bra hvorved" fibrene danner en del av tauet over bindingen som anvendes for den elektriske tilkopling. Koplingen 96 kan følgelig generelt være enhver anordning som an-bringer fibrene i forhold til hverandre. Selv om koplingen 96 omfatter det/elektriske koplingsstykket 98 kan det benyttes mange

andre løsninger, såsom den enkle binding som er nevnt ovenfor. Slik det fremgår av fig. 4a kan koplingen 9 6 (fig. 4) er-stattes med en enkel form for binding 96a som kan være elektrisk ledende eller.'ikke, og ved at i det minste noen av karbonfibrene rager forbi bindingen for bruk ved dannelse av et elektrisk kontaktstykke 98a.

En typisk bruk av elektroden 92 i fig. 4 er vist 'i fig. 5, hvor elektroden anvendes for elektroutvinning. Elektrolytt 104 tilføres gjennom et innløp 106, slik at elektrolytten i begynn-elsen, inn i en elektrolyttføring 108 som er anbrakt om en elektrode 110 av tilsvarende form som den som er beskrevet i forbindelse med fig. 4. Føringen 108 er åpen i bunnen slik at elektrolytt kan passere nedover gjennom karbonfibrene og deretter oppover forbi en moteléktrode 112, som også er anbrakt inne i en elektrolyttbeholder 114. Et elektrolyttutløp 116 er anordnet nær den øvre ende av beholderen 114, og en energikilde 117 er tilkoplet til arbeidselektroden 110 og motelektroden 112.

I bruk kan de individuelle fibrer bøye seg fritt i strømmen av elektrolytt når elektrolytten beveger seg nedover gjennom føringen 108. Følgelig er det en tendens hos fibrene til å ligge individuelt i elektrolytten som følge av strømningseffekter rundt fibrene. Taiiet vil deretter innta en stilling lik den som er antydet med prikkstreket linje i fig. 5. Som følge av denne bevegelse i tauet er det'å foretrekke at føringen 108 er ikke-ledende, idet den må være tilstrekkelig nær tauet til å sikre at elek-trolyttstrømningen innvirker på tauet. Når metallet avsettes på fibrene som følge av den elektrokjemiske prosess vil strømningen dessuten ha tendens til å opprettholde atskillelsen mellom fibrene innenfor grenser av strømningshastighet og vekt av fibrene.

Selv om prosessen som er vist i fig. 5 viser bruken av

fibrene i elektroutvinning, vil det være klart at en reaktor slik som den som er vist i fig. 5 kan anvendes ved behandling og regulering av utstrømmende oppløsning, og i elektroorganiske synteser med eller uten konvensjonelle modifikasjoner på reaktoren, såsom bruk av elektrokjemiske membraner og.en tredje elektrode eller referanseelektrode. For eksempel vil føringen 108 kunne være en elektrokjemisk membran. I dette tilfelle ville bunnen åv føringen være lukket og et utløp 119 anvendt som anvendt med prikkstreket linje. Tilsvarende ville en elektrokjemisk

forenelig væske Jbli innført gjennom et innløp 121, som også er

vist med prikkstreket linje, og denne væske ville forlate reaktoren gjennom et utløp 116. • Fig. 6 viser enda en annen "utførelsesform av en elektrode 118. Denne elektrode består av et tau 120 fremstilt av tallrike karbonfibrer 122 som er innspent på fem atskilte steder langs fibrene ved hjelp av koplinger 124. Samme potensial påtrykkes på hver av koplingene slik at den lengste elektriske bane er fra en kopling til midtpunktet av karbonfibereh mellom denne kopling og en tilstøtende kopling.

Elektroden i "fig. 6 anvendes hensiktsmessig i en reaktor 126 som er vist i fig. 7. I denne reaktor strømmer elektrolytt 128 inn i reaktoren og styres av ledeplater 130 mot en arbeidselektrode 132 med den i fig. 6 viste form. Denne elektrode

ligger på tvers av bevegelsesretningen, og tauet er litt løst mellom koplingene 124 for å frembringe en liten tverrgående oscillasjon av fibrene når elektrolytten strømmer på tvers av fibrene. Deretter beveger elektrolytten seg nedover og forlater elektroden 132 og passerer en motelektrode 134 under en stor, vertikal ledeplate 136 som sikrer at elektrolytten først beveges nedover mpt motelektroden og oppover bak inn i en strøm 138. Som vist er det anordnet en egnet energikilde 139.

Hovedanvendelsesområdet for elektrokjemiske reaktorer er i kontinuerlige prosesser hvor elektrolytten forandres stadig slik det ble beskrevet i forbindelse med fig. 5 og 7. Men i en reaktor hvor elektroden ikke forandres vil.det ikke være noe behov for å bruke en føring slik som elektrolyttføringen 108

i fig. 5. I et slikt utførelseseksempel ville elektroden 110 være tilstrekkelig atskilt fra motelektroden 112 til å hindre kortslutning. Ellers ville konstruksjonen være tilsvarende til den som var vist i fig. 5 bortsett fra at elektrolyttføringen 108 er utelukket. På tilsvarende måte ville det i én prosess slik som den som er vist i fig. 4 være mulig å anvende et bad hvor elektrodene var anbrakt, og hvor etter fylling av badet strømningen ville være innskrenket og den elektrokjemiske prosess tillatt å foregå. Deretter ville elektrolytten bli fjernet fra badet og en ytterligere charge elektrolytt tilført badet. I et slikt system kunne ledeplaten 130 og hovedledeplaten 136 utelates, selv om selvfølgelig anordningen av elektroder også kunne forandres idet grunnen til deres plassering i fig. 4 ikke

lenger er relevant.

Selv om det er blitt beskrevet atskillige elektrodeformer er tallrike andre former mulig ved bruk av karbonfiber. Disse andre former ligger innenfor rammen av oppfinnelsen.

I beskrivelsen er motelektroden og elektrolyttbeholderen vist som separate elementer. Det er meningen at en slik løsning skal omfatte den likeverdige konstruksjon, når en slik kan anvendes, med en beholder sortimenten pgså virker som en elektrode eller som omfatter en slik elektrode i beholdérkonstruksjonen.

Det er også innenfor rammen av oppfinnelsen å anvende

metalliske filåmenter i arbeidselektroden. Med begrepet "metallisk filament" menes her alle filåmenter fremstilt av et metall, fibrer som er belagt med et metall samt alle metallfilamentér som er belagt med ét annet metall. Begrepet omfatter karbonfibrer som er belagt med et metall og legeringer som er belagt med et metall.

Følgelig er det ifølge oppfinnelsen frembrakt en elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor, hvor elektroden kjennetegnes ved at den omfatter et antall metalliske filåmenter som består av karbonfibrer belagt med et metall idet hver av de metalliske filåmenter er i elektrisk kontakt med i det minste atskillige av de. andre metalliske filåmenter for overføring av et elektrisk potensial stort sett gjennom hele elektroden når elektroden er i bruk i reaktoren.

Ifølge oppfinnelsen er det også frembrakt en elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor, hvor?elektroden kjennetegnes ved at den omfatter et tau med et antall metalliske og elektrisk ledende filåmenter, hvor hvert av filamentene har en meget liten største tykkelse sammenliknet med lengden av fila-mentet og hvor filamentene generelt er anordnet side om side, og en anordning for å holde filamentene i deres relative stillinger på et visst sted på tauet.

Elektrodene som er vist i fig. 2, 3, 4, 4a og 6 ville alle kunne være av metalliske filåmenter. Men det er særlig fordelaktig å anordne slike filåmenter i form av belagte karbonfibrer i alle disse utførelsesformer eller metalliske filåmenter generelt i de utførelsesformer som er vist i fig. 4, 4a og 6.

Claims (39)

1. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatterj et antall karbonfibrer og en anordning for å bevirke innspenning for å holde fibrene i elektrisk kontakt med hverandre og for å frembringe elektrisk forbindelse med fibrene fra utsiden av elektroden, hvor anordningen muliggjør elektrokjemisk virksomhet når elektroden blir anvendt i elektrolytten i den elektrokjemiske reaktor.

2. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et antall karbonfibrer og et hus som karbonfibrene er anbrakt i og som omfatter en elektrisk kontaktanordnipg i kontakt med i det minste noen av fibrene, en anordning som er forbundet med den elektriske kon-taktanofdning for å utøve en sammentrykningskraft på fibrene for å holde individuelle fibrer i kontakt med hverandre, samt inn-løps- og utløpsanordninger for å gjøre det mulig for elektrolytten å bevege seg over karbonfibrene.

3. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et antall karbonfibrer og et hus som karbonf ibrene er anbrakt -i og som omfatter en ' elektrisk kontaktanordning i kontakt med i det minste noen av fibrene og en anordning i forbindelse med kontaktanordningen for å utøve en sammentrykningskraft på fibrene for å holde individuelle fibrer i kontakt med hverandre, idet huset er innrettet til å muliggjøre elektrokjemisk virksomhet når elektroden blir anvendt i en elektrolytt i reaktoren.

4. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et antall karbonfibrer, en anordning som innspenner fibrene i kontakt med hverandre, samt en elektrisk kontaktanordning som er koplet til i det minste noen av karbonfibrene for bruk ved elektrisk kopling av elektroden i den elektrokjemiske reaktor.

5. Elektrokjemisk reaktor,'karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder og en arbeidselektrode med et hus anbrakt inne i beholderen, et antall karbonfibrer innspent i huset i elektrisk kontakt med hverandre, idet huset omfatter en elektrisk kontaktanordning som er elektrisk koplet til i det minste noen av karbonfibrene og innrettet til å kople elektroden eksternt til en elektrisk krets, en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra huset til å unngå kortslutning og som omfatter en anordning som er innrettet til å kople motelektroden til den elektriske krets, og at huset omfatter anordninger for å muliggjøre en strøm--^ning av elektrolytt om karbonfibrene.

6.. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 5,karakterisert vedat strømningsanordningen omfatter inn-løps- og utløpsanordninger for elektrolytten slik at elektrolytten kan føres inn gjennom innløpsanordningen, over.karbonfibrene og deretter ut gjennom utløpsanordningen.

7. Elektrode i samsvar med krav 3,karakterisertved at huset er•en elektrokjemisk membran.

8. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter, en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode som er utstyrt med et hus anbrakt inne i beholderen, et antall karbonfibrer som er innspent inne i huset i elektrisk kontakt med hverandre, idet huset omfatter en elektrisk kontaktanordning som er koplet elektrisk til i det minste noen av karbonfibrene og som er innrettet til å kople elektroden eksternt til en elektrisk krets og en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra huset til å unngå kortslutning og som omfatter en anordning som er innrettet til å kople motelektroden til den elektriske krets, og at huset er innrettet til å muliggjøre elektrokjemisk ,v virksomhet når elektroden blir anvendt i en elektrolytt i reaktoren.'

9. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 8,karakterisert vedat huset er en elektrokjemisk membran.

10.. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 1, samt en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra huset til å unngå kortslutning.

11. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 2, samt en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra huset til å unngå kortslutning.

12. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 3, samt en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra huset til å unngå kortslutning.

13. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et tau som inneholder et antall karbonfibrer som hver har en meget liten største tykkelse sammenliknet med fiberens lengde, hvor fibrene er anordnet side om side, og en anordning for innspenning av fibrene i deres relative stillinger på et spesielt sted på tauet.

14. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et tau som omfatter et antall karbonfibrer som hver har meget liten største tykkelse sammenliknet med lengden av fiberen, hvor alle fibrene har liknende lengde og er anordnet ved siden av hverandre, og en anordning som er koplet til tauet på et sted-langs lengden av tauet for å holde fibrene i deres relative stillinger på dette sted og for å frembringe en anordning for å sørge for elektrisk forbindelse med tauet.

15. Elektrode i samsvar med krav 14,karakterisertved at anordningen som er koplet til tauet også er koplet til ytterligere deler av tauet hvor hver del er atskilt fra andre deler langs tauet.

16. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 13, samt en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra arbeidselektroden til å unngå kortslutning.

17. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 14, samt en motelektrode som er tilstrekkelig atskilt fra arbeidselektroden til å unngå kortslutning.

18. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 16,karakterisert vedat den dessuten omfatter elektrolytt-innløps- og utløpsanordninger og en anordning for å føre elektrolytten fra innløpet om arbeidselektroden slik at elektrolytten passerer om fibrene i arbeidselektroden.

19. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med.ykrav 18,karakterisert vedat elektrolyttføringsanordningen er konsentrisk om tauet slik at elektrolytten beveger seg aksialt langs tauet.

20. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 19,karakterisert vedat anordningen er koplet til tauet i den ene ende av dette og at elektrolytten strømmer fra denne ende mot tauets annen ende.

21. Elektrode i samsvar med krav 13,karakterisertved at hver av karbonfibrene har et sirkulært tverrsnitt.

22. Elektrode i samsvar med krav 15,karakterisert,v ve d at hver av karbonf ibrene har .et sirkulært tverrsnitt.

23. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et antall karbonfibrer som hver er i elektrisk kontakt med i det minste atskillige av de andre karbonfibrer for overføring av et elektrisk potensial stort sett gjennom hele elektroden når elektroden er i bruk i reaktoren.

24. Elektrode i samsvar med krav 23,karakterisertved at karbonfibrene har sirkulært tverrsnitt og har en diameter på fra 5 til 15 mikron.

25. Elektrode i samsvar med krav 23,karakterisertved at hver karbonfiber har stort sett samme lengde.

26. Elektrode i samsvar med krav 25,karakterisertved at karbonfibrene er anordnet side om side og parallelt med hverandre.

27. Elektrode i samsvar med krav 1,karakterisertved at karbonfibrene har sirkulært tverrsnitt og har en diameter på fra 5 til 15 mikron.

28. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode av karbonfiber, samt en motelektrode.

29. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 23, samt en motelektrode.

30. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 29,karakterisert vedat karbonfibrene har sirkulært tverrsnitt og har en diameter på fra 5 til 15 mikron.

31. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 28,karakterisert vedat den omfatter en elektrokjemisk mem bran anbrakt i beholderen for inndeling av beholderen i en første del' som inneholder arbeidselektroden og en annen del som inneholder motelektroden.

32. Elektrokjemisk reaktor i samsvar med krav 29,karakterisert vedat den omfatter en elektrokjemisk membran anbrakt i beholderen for inndeling av beholderen i en før-ste del som inneholder arbeidselektroden og en andre del som inneholder motelektroden.

33. Fremgangsmåte til behandling av flytende avfall for fjerning av et metall som er i oppløsning i avfallet,karakterisert vedat den omfatter følgende trinn: frembringelse av en elektrokjemisk reaktor som er utstyrt med en karbonfiber-arbeidselektrode og en motelektrode, føring av avfallet over karbonfiberelektroden mens det opprettholdes en forutbestemt potensialforskjell mellom elektrodene slik at metallet avsettes på arbeidselektroden.

34.Fremgangsmåte til behandling av flytende avfall for fjerning av et metall som er i oppløsning i avfallet,karakterisert vedat den omfatter trinnene: frembringelse av en elektrokjemisk reaktor som er utstyrt med en karbonfiber-arbeidselektrode, en motelektrode samt en elektrokjemisk membran mellom elektrodene og føring av avfallet over karbonfiberelektroden og føring av en elektrokjemisk forenelig væske over motelektroden mens det opprettholdes en forutbestemt potensialforskjell mellom elektrodene slik at metallet avsettes på arbeidselektroden.

35. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et tau som omfatter et antall metalliske og elektrisk ledende^.filåmenter som hvert har meget liten største tykkelse sammenliknet med filamentets lengde, hvor alle filamentene er generelt anordnet side om side, og en anordning koplet til tauet på et sted langs lengden av tauet for å holde filamentene i deres relative stillinger på dette sted og for å frembringe en anordning for opprettelse av en elektrisk forbindelse med tauet.

36. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode som omfatter et antall metalliske filåmenter som blir holdt stort sett side om side samt en motelektrode.

37. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor, 'karakterisert vedat den omfatter et tau som omfatter et antall metalliske og elektrisk ledende filåmenter som hvert har meget liten største tykkelse sammenliknet med filamentets lengde, og alle filamentene er anordnet stort sett side om side, og en anordning for å holde filamentene i deres relative stillinger på et sted på tauet, idet i det minste noen av filamentene rager fra tauet forbi holdeanordningen for å frembringe en elektrisk kontakt med elektroden.

38. Elektrode for bruk i en elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter et antall metalliske filåmenter som består av karbonfiber belagt med et metall, hvor hvert metallisk filament er i elektrisk kontakt med i det minste atskillige av de andre metalliske filåmenter for overføring av et elektrisk potensial stort sett gjennom hele elektroden når elektroden er i bruk i reaktoren.

39. Elektrokjemisk reaktor,karakterisert vedat den omfatter en elektrolyttbeholder, en arbeidselektrode ifølge krav 38 samt en motelektrode.