DISPOSITIVO Y MÉTODO PARA REALIZAR UN PROCEDIMIENTO DE ELECTRODIÁLISIS INVERSA.

Dispositivo y método para realizar un procedimiento de electrodiálisis inversa La presente invención se refiere a un dispositivo para realizar procedimientos electroquímicos en una celda electroquímica, tales como un procedimiento de electrodiálisis inversa. Particularmente, la invención se refiere a la limpieza de los electrodos aquí empleados. Con el uso de un procedimiento de electrodiálisis inversa se puede generar energía eléctrica haciendo uso del potencial eléctrico que está disponible mediante la puesta en contacto de, por ejemplo, agua de mar y agua de río, o corrientes similares. En la patente holandesa 1031148 se describe un dispositivo tal para realizar un procedimiento de electrodiálisis inversa. En un dispositivo tal, durante la electrólisis de un electrólito acuoso que contiene calcio y/o magnesio, sobre el cátodo se forman incrustaciones de cal y/o magnesio, de acuerdo con las siguientes reacciones químicas: 2 H2O + 2 e H2 + 2 OH (1); Mg 2+ + 2 OH Mg(OH)2 (s) (2); CO2 + OH HCO3 (3); HCO3 + OH CO3 2 + H2O (4); y Ca 2+ + CO3 2 CaCO3 (s) (5). Las incrustaciones de cal y/o magnesio formadas impiden la adecuada operación de la celda electroquímica, y por lo tanto se deben separar. La eficacia de la celda se deteriora debido a la formación de incrustaciones de cal y/o magnesio. Esto significa que, con el fin de mantener la eficacia de la celda en un nivel deseado, el cátodo se debe limpiar regularmente, con lo que se separan las incrustaciones de cal y/o magnesio. Al colocar el cátodo en una solución relativamente ácida, las incrustaciones de cal y/o magnesio sobre la superficie del cátodo se disuelven y esta superficie se queda limpia de nuevo. Los métodos conocidos para colocar el cátodo en un entorno tal son barrer el cátodo con ácido clorhídrico y cambiar la dirección del flujo. Aunque en la electrodiálisis se aplica el primer método de barrido del cátodo, este método no es fácilmente utilizable en la electrodiálisis inversa. En un procedimiento de electrodiálisis inversa tal, esto significa que se debe invertir con alguna regularidad la dirección del flujo en el sistema. Después de la inversión de la dirección del flujo, sobre la superficie en la que están presentes las incrustaciones de cal y/o magnesio se produce la siguiente reacción: 2 H2O O2 + 4H + + 4 e (6). Al invertir la dirección del flujo, cambia la función del cátodo, de tal modo que después de la inversión de la dirección del flujo funciona, de hecho, como ánodo. Durante el periodo de dirección del flujo inversa, en la superficie del electrodo se reduce el pH debido a la producción de protones sobre la superficie del ánodo. Las incrustaciones de cal y/o magnesio presentes sobre la superficie se disuelven por ello. Un inconveniente de este método de limpieza de los electrodos es la enorme reducción de la vida útil de tales electrodos. De esta manera, en la práctica se ha encontrado que, dependiendo, entre otros factores, de la velocidad con que se invierte la dirección del flujo (inversión de la polaridad) y de la capa de recubrimiento o del revestimiento con que el electrodo está provisto, la vida útil se puede reducir por un factor de 1.000 o más. Aunque determinadas capas de recubrimiento reducen este inconveniente en alguna medida, tales electrodos manifiestan aún una reducción en la vida útil de, por ejemplo, aproximadamente 96%. Esta enorme reducción de la vida útil de los electrodos cuando se invierte la dirección del flujo es provocada porque se invierte el estado de oxidación de la capa de recubrimiento, y se debe a las reacciones que aquí se producen. Un cátodo que se conmuta, y comienza a funcionar de hecho como ánodo, es en primera instancia más intensamente impactado por las reacciones que se producen. Las reacciones que se producen en el procedimiento de electrodiálisis inversa son, entre otras: reacciones anódicas: 2 H2O O2 + 4 H + + 4 e (7); 2 Cl Cl2 + 2 e (8); y reacción catódica: 2H2O + 2 e H2 + 2 OH (9). También se pueden producir aquí otras reacciones; por ejemplo: M n+ + n e M, como reacción catódica. La patente de EE.UU. 2006/263646 describe un sistema para la generación de energía. 2 E09714354 15-11-2011   La presente invención tiene por objeto proporcionar un dispositivo con el que se mejoran los dispositivos existentes y con el que, debido particularmente a la mejora de la limpieza de los electrodos, se puede conseguir una mayor vida útil de los mismos. Este objeto se consigue con el dispositivo según la invención para realizar un procedimiento de electrodiálisis inversa, que comprende: - un compartimento primero provisto de al menos un electrodo primero y un electrodo segundo; - un compartimento segundo separado del compartimento primero y provisto de al menos un electrodo primero y un electrodo segundo; - un elemento de conmutación para conmutar entre un modo primero, en el que se conectan entre sí el electrodo primero del compartimento primero y el electrodo primero del compartimento segundo, y en el que los electrodos segundos de los compartimentos están separados; y un modo segundo, en el que se conectan entre sí el electrodo segundo del compartimento primero y el electrodo segundo del compartimento segundo, y los electrodos primeros de los compartimentos están separados; y - al menos una membrana de intercambio catiónico y una membrana de intercambio aniónico, que se colocan alternativamente entre los compartimentos primero y segundo, en el que entre las membranas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico se forman unos compartimentos electrolíticos en los que hay una solución electrolítica de baja osmoticidad con una baja concentración de iones y una solución electrolítica de alta osmoticidad con una concentración de iones mayor que las soluciones electrolíticas de baja osmoticidad, soluciones electrolíticas de alta osmoticidad y baja osmoticidad que están colocadas alternativamente en los compartimentos electrolíticos, y en el que las soluciones electrolíticas de alta y baja osmoticidad cambian su posición durante la conmutación de los modos primero a segundo de generación de electricidad. Ambos lados de la celda, es decir, el compartimento primero (ánodo) y el compartimento segundo (cátodo), según se usan en el modo primero, están provistos cada uno de al menos un electrodo primero y un electrodo segundo. En el caso de que el dispositivo se use en un procedimiento de electrodiálisis inversa, en los modos primero y segundo se genera electricidad. Al proporcionar al compartimento primero un electrodo primero (ánodo) y un electrodo segundo (cátodo), y proporcionar también al compartimento segundo un electrodo primero (cátodo) y un electrodo segundo (ánodo), es posible conmutar, es decir, invertir la polaridad entre el par de electrodos en uso. Durante el modo primero de la celda, el par primero de electrodos está de esta manera activo, es decir, el ánodo del compartimento primero (ánodo) y el cátodo del compartimento segundo (cátodo) se conectan entre sí. Luego, los electrodos del par segundo se separan entre sí. En el modo segundo, después de la conmutación de la dirección del flujo, el par primero de electrodos se desconecta y, por lo tanto, no está activo en adelante. Luego, se conecta el par segundo de electrodos, es decir, el electrodo segundo (cátodo) del compartimento primero y el electrodo segundo (ánodo) del compartimento segundo. En este modo segundo, el compartimento primero funciona como compartimento catódico y el compartimento segundo como compartimento anódico. Por lo tanto, en el modo segundo se invierte con relación al modo primero la dirección del flujo entre los dos compartimentos. La conmutación de los electrodos tiene lugar usando un elemento de conmutación. Además de la conmutación de los pares de electrodos entre los dos modos, también se conmuta la solución electrolítica con magnesio y/o calcio allí contenida. Esto indica que en el caso de que en el modo primero fluya, por ejemplo, agua dulce a lo largo del electrodo primero (ánodo) del compartimento primero, principalmente se formará oxígeno de acuerdo con, por ejemplo, la reacción (6), y en alguna medida posiblemente cloro de acuerdo con la reacción (8). Este cloro se forma a partir del cloruro que proviene del compartimento electrolítico adyacente a través de la membrana permeable a los aniones. En el modo segundo, en el compartimento primero se produce hidrógeno de acuerdo con la reacción (1). En una realización alternativa preferida, en el modo primero a través del compartimento primero se envía agua salada, en lugar de agua dulce. Luego, se forman aquí cloro y oxígeno. En este caso, se debe proveer a este compartimento de una membrana permeable a los cationes. En el modo segundo, en el compartimento primero se forma hidrógeno en este caso. Una distinción entre... [Seguir leyendo]

1.- Un dispositivo para realizar procedimientos electroquímicos, tales como un procedimiento de electrodiálisis inversa, que comprende: - un compartimento primero provisto de un electrodo primero (4); - un compartimento segundo separado del compartimento primero y provisto de un electrodo primero (6); - al menos una membrana (10) de intercambio catiónico y una membrana (8) de intercambio aniónico, que se colocan alternativamente entre los compartimentos primero y segundo, en el que entre las membranas de intercambio catiónico y de intercambio aniónico se forman unos compartimentos electrolíticos en los que hay una solución electrolítica de baja osmoticidad con una baja concentración de iones y una solución electrolítica de alta osmoticidad con una concentración de iones mayor que las soluciones electrolíticas de baja osmoticidad, soluciones electrolíticas de alta osmoticidad y baja osmoticidad que están colocadas alternativamente en los compartimentos electrolíticos, caracterizado porque: - los compartimentos primero y segundo están provistos de al menos un electrodo segundo (22, 24); y - un elemento de conmutación (28) para conmutar entre un modo primero, en el que se conectan entre sí el electrodo primero del compartimento primero y el electrodo primero del compartimento segundo, y en el que los electrodos segundos de los compartimentos están separados; y un modo segundo en el que se conectan entre sí el electrodo segundo del compartimento primero y el electrodo segundo del compartimento segundo, y los electrodos primeros de los compartimentos están separados; y en el que las soluciones electrolíticas de alta y baja osmoticidad cambian su posición durante la conmutación de los modos primero a segundo de generación de electricidad. 2.- Un dispositivo según la reivindicación 1, en el que se proporciona una pluralidad de compartimentos primeros y/o segundos. 3.- Un dispositivo según la reivindicación 1 ó 2, en el que se proporciona una pluralidad de electrodos primeros y/o segundos en al menos alguno de los compartimentos. 4.- Un dispositivo según la reivindicación 1, 2 ó 3, en el que los electrodos comprenden unos electrodos de titanio. 5.- Un dispositivo según la reivindicación 4, en el que al menos alguno de los electrodos comprende una capa de recubrimiento de tántalo/iridio o rutenio/iridio o platino o platino/iridio. 6.- Un dispositivo según la reivindicación 4 ó 5, en el que al menos alguno de los electrodos comprende una capa de recubrimiento de rutenio/iridio o platino. 7.- Un método para generar electricidad con un procedimiento de electrodiálisis inversa (2), que comprende las etapas de: - proporcionar un dispositivo según una o más de las reivindicaciones 1-7; - conmutar el dispositivo de un modo primero de generación de electricidad a un modo segundo de generación de electricidad; - generar electricidad; y - conmutar el dispositivo a la posición anterior, del modo segundo de generación de electricidad al modo primero de generación de electricidad, usando el elemento de conmutación. 8.- Un método según la reivindicación 7, en el que la limpieza del electrodo en forma de cátodo no conectado en el modo aplicable se realiza consiguiendo un pH en la inmediata proximidad del cátodo menor que 7, y preferiblemente menor que 3. 9.- Un método según la reivindicación 7 u 8, en el que se consigue una velocidad de flujo del electrólito menor, durante un tiempo después de la conmutación, con el fin de provocar una disminución más rápida del pH en el compartimento electrolítico con el electrodo conectado en forma de ánodo. 10.- Un método según la reivindicación 7, 8 ó 9, en el que se consigue una velocidad del electrólito mayor, durante un tiempo después de la conmutación, para evitar una elevación del pH en el compartimento electrolítico con el electrodo conectado en forma de cátodo. 7 E09714354 15-11-2011   11.- Un método según una o más de las reivindicaciones 7-10, en el que entre dos instantes de conmutación sucesivos se aplica un periodo de tiempo de entre 1 y 168 horas, preferiblemente entre 12 y 72 horas, y lo más preferiblemente de aproximadamente 24 horas. 8 E09714354 15-11-2011   9 E09714354 15-11-2011   E09714354 15-11-2011   11 E09714354 15-11-2011