Dispositivo de electrodesionización con separación hidrodinámica de flujo.

Dispositivo (37) para la eliminación de iones de un líquido polar (10) en el que el dispositivo comprende almenos un alojamiento (25) que contiene al menos un compartimento y en el que un electrodo (5) y uncontraelectrodo (4) están situados en dos extremos diferentes del dispositivo (37),

en el que un material (2a, 2c) deintercambio de iones regenerable electroquímicamente se dispone entre el electrodo (5) y el contraelectrodo (4), enel que el alojamiento (25) comprende una membrana bipolar (17) proporcionando una fuente de iones OH-, y H+ quedefinen compartimentos primero y segundo (38, 39) en el interior del alojamiento (25),

el alojamiento (25) comprende una conexión de entrada (7) para un flujo (10) de líquido de entrada al primercompartimento (38), estando situada la citada conexión de entrada (7) en el extremo de electrodo (5) del dispositivo,siendo tal cada compartimento (38, 39) que comprende medios para dividir el flujo líquido de entrada (10, 26) entrelas conexiones de salida del compartimento, una conexión de salida (9, 28) para un líquido desionizado (11, 26) yuna conexión de salida (13, 8) para un líquido (12, 14) que se utiliza para enjuagar el electrodo o el contraelectrodo(5, 4) y que se encuentra situada en los extremos de electrodo (4, 5) del dispositivo,

y una tubería (30) que conecta una conexión de entrada (27) del segundo (39) de los compartimentos, estandosituada la citada conexión de entrada en el extremo de contraelectrodo (4) del dispositivo con la conexión de salidapara un fluido desionizado (28) del primero (38) de los compartimentos.

Dispositivo de electrodesionización con separación hidrodinámica de flujo.

La presente invención está relacionada con un dispositivo de electrodesionización (EDI) especializado. Tales dispositivos se emplean para la producción de un líquido desionizado a partir de una corriente de alimentación de líquido.

En esta solicitud de patente, el término "desionizado" significa "desanionizado”, "descationizado", o "completamente desionizado" (es decir, desanionizado y descationizado) .

La electrodesionización continua, o simplemente electrodesionización (EDI) es conocida en la técnica como un proceso que elimina las especies ionizadas e ionizables de líquidos, tales como agua, usando medios eléctricamente activos y una diferencia de potencial eléctrico que afecta el transporte de iones. La EDI se relaciona actualmente con técnicas estándar de desionización de agua. Su principio principal, es decir, el uso de un lecho mixto de resina de intercambio de iones en el compartimento de diluido de una pila de electrodiálisis fue comercializado por la Millipore Corporation en 1987.

En una de las primeras invenciones relacionadas con la EDI, se reivindican no sólo un lecho mixto en el compartimento de diluido, sino también capas de una resina de intercambio de cationes y de una resina de intercambio de aniones alineadas con la dirección de flujo y dirigidas normalmente al campo eléctrico (paralelo a las membranas de intercambio de iones) , o capas alternantes o grupos alineados con el campo eléctrico y dirigidos normalmente al flujo. Tales orientaciones estaban destinadas a evitar uniones inversas, presentes en el lecho mixto, y, por lo tanto, mejorar el rendimiento de la desionización. Los grupos o capas de resinas de intercambio de iones proporcionan un trayecto de migración para los iones regenerativos, mantienen las resinas regeneradas y pueden eliminar los iones del agua de alimentación. En comparación con la EDI con lecho mixto, los lechos agrupados o estratificados han disminuido la resistencia eléctrica del compartimento de diluido y mejorado el rendimiento de desionización, especialmente en lo que se refiere a los electrolitos débilmente disociados.

La utilización de una resina de intercambio de cationes y de una resina de intercambio de aniones en compartimentos de diluido completamente separados, regeneradas electroquímicamente en un modo continuo, también es conocido. En ciertos esquemas, la solución acuosa de alimentación circula a través del lecho de resina de intercambio de cationes y de resina de intercambio de aniones en serie y los iones H+ y OH- producidos en las reacciones en los electrodos se utilizan para la regeneración de las resinas. El uso de membranas bipolares para la generación de los iones H+ y OH-, requeridos para regenerar las resinas de intercambio de iones en la EDI con lechos separados también se ha descrito. La "membrana bipolar" es generalmente una membrana sintética no porosa de intercambio de iones que contiene dos capas de intercambio de iones con cargas opuestas, en contacto una con la otra.

En ambos casos, en el uso de reacciones en electrodos o de una membrana bipolar para la generación de H+ y OH-, la cantidad de iones regenerativos producidos está determinada por la intensidad de la corriente y no depende de las propiedades de los materiales de intercambio de iones. En comparación con un lecho mixto en un compartimento de diluido de EDI, los lechos separados no tienen uniones inversas y muestran una mejor eliminación de electrolitos débilmente disociados.

En los métodos conocidos de EDI y en los dispositivos relacionados con la regeneración electroquímica de material de intercambio de iones, el flujo de líquido se alimenta y se descarga de cada compartimento por separado o se distribuye entre los compartimentos paralelos de un módulo a través del colector común dispuesto fuera de los compartimentos. El líquido típico utilizado como alimentación es agua pretratada, tal como permeado de ósmosis inversa.

En los dispositivos comerciales de EDI, la dirección general del flujo del líquido es tangencial a la superficie de una membrana de intercambio de iones o de un electrodo. Sin embargo, algunas divulgaciones tratan con dispositivos en los que la dirección general del flujo del líquido es completamente o parcialmente normal a la superficie de los electrodos, como por ejemplo en las solicitudes de patente de Estados Unidos US 2003/0213695 y US 2006/0231403.

La figura 1 es una representación esquemática de un dispositivo 100 descrito en la técnica anterior, es decir, basado en la figura 6 de la solicitud de patente de Estados Unidos número 2006/0231403.

El dispositivo 100 se utiliza para la eliminación de aniones y cationes de una corriente de agua que contiene aniones y cationes contaminantes. El dispositivo 100 consta de un alojamiento que comprende un cátodo 111 y un ánodo 109. El cátodo 111 está conectado eléctricamente a un lado (-) 113 de un generador. El ánodo 109 está conectado eléctricamente a un lado (+) 112 de un generador. Un campo eléctrico es generado entre los electrodos 111 y 109. El alojamiento contiene cinco compartimentos, que son: una cámara 110 de cátodo, una cámara 102 de agotamiento

de cationes, una cámara central 103 de agotamiento de aniones y cationes, una cámara 101 de agotamiento de aniones y una cámara 108 de ánodo.

Estos compartimentos 110, 102, 103, 101 y 108 están divididos dentro del alojamiento por dos membranas 106 y 107 de intercambio de cationes, y dos membranas 105 y 104 de intercambio de aniones. La membrana 106 de intercambio de cationes cierra la cámara 110 de cátodo, y está cerca del cátodo 111. La membrana 104 de intercambio de aniones cierra la cámara 108 de ánodo, y está cerca del ánodo 109. La cámara central 103 de agotamiento de aniones y cationes está dividida por la membrana 107 de intercambio de cationes en el lado de la cámara 102 de agotamiento de cationes y por la membrana 105 de intercambio de aniones en el lado de la cámara 101 de agotamiento de aniones.

La cámara 102 de agotamiento de cationes está llena homogéneamente con una resina de intercambio de cationes, que retiene los cationes del flujo de líquido que pasa a través de la misma. La cámara 101 de agotamiento de aniones está llena homogéneamente con una resina de intercambio de aniones que retiene los aniones del flujo de líquido que pasa a través de la misma. La resina de intercambio de aniones y la resina de intercambio de cationes son regeneradas continuamente.

La cámara central de agotamiento 103 de aniones y cationes es heterogénea, es decir, está llena con un lecho mixto de resina de intercambio de aniones y de cationes. En esta cámara central 103 se realiza la producción de iones hidronio H3O+ (que se indicarán en lo que sigue como H+) e iones hidróxido OH-. El OH-migra a través de la membrana 105 de intercambio de aniones en la cámara 101 de agotamiento de aniones en la que se regenera la resina de intercambio de aniones mediante la sustitución de los aniones capturados del flujo, que migran hacia el ánodo 109. El H+ migra a través de la membrana 107 de intercambio de cationes en la cámara de agotamiento de cationes 102 en la que se regenera la resina de intercambio de cationes mediante la sustitución de los cationes capturados del flujo, que migran hacia el cátodo 111.

Una corriente 122 de enjuague de electrodos entra en la cámara 108 de ánodo, se desplaza tangencialmente hacia el ánodo 109, y se descarga en una corriente 120 aparentemente en el mismo lado que la conexión de entrada de la corriente 114. La corriente 120 entra en la cámara 110 de cátodo, se desplaza tangencialmente al cátodo 111, y se descarga en una corriente 121 de enjuague de electrodos aparentemente en el mismo lado que la conexión de entrada de la corriente 115.

El alojamiento tiene una conexión de entrada para la corriente de agua 114 de entrada en la cámara 101 de agotamiento de aniones en una localización cercana a la membrana 104 de intercambio de aniones. La corriente de agua 101 circula en contracorriente a la migración de los aniones. El agua 115 agotada en aniones se descarga por una conexión de salida situada cerca de la membrana 105 de intercambio de aniones, y además entra en la cámara 102 de agotamiento de cationes cerca de la membrana 106 de intercambio de cationes. Este agua 115 agotada en aniones circula en contracorriente a la migración de los cationes. De esta manera, un agua 116 agotada en aniones y cationes se descarga por una conexión de salida situada cerca de la membrana 107de intercambio de cationes. Este agua 116 agotada en aniones y cationes circula a través de la cámara 103 de agotamiento de aniones y cationes... [Seguir leyendo]

1. Dispositivo (37) para la eliminación de iones de un líquido polar (10) en el que el dispositivo comprende al menos un alojamiento (25) que contiene al menos un compartimento y en el que un electrodo (5) y un contraelectrodo (4) están situados en dos extremos diferentes del dispositivo (37) , en el que un material (2a, 2c) de intercambio de iones regenerable electroquímicamente se dispone entre el electrodo (5) y el contraelectrodo (4) , en el que el alojamiento (25) comprende una membrana bipolar (17) proporcionando una fuente de iones OH-, y H+ que definen compartimentos primero y segundo (38, 39) en el interior del alojamiento (25) , el alojamiento (25) comprende una conexión de entrada (7) para un flujo (10) de líquido de entrada al primer

compartimento (38) , estando situada la citada conexión de entrada (7) en el extremo de electrodo (5) del dispositivo, siendo tal cada compartimento (38, 39) que comprende medios para dividir el flujo líquido de entrada (10, 26) entre las conexiones de salida del compartimento, una conexión de salida (9, 28) para un líquido desionizado (11, 26) y una conexión de salida (13, 8) para un líquido (12, 14) que se utiliza para enjuagar el electrodo o el contraelectrodo (5, 4) y que se encuentra situada en los extremos de electrodo (4, 5) del dispositivo,

y una tubería (30) que conecta una conexión de entrada (27) del segundo (39) de los compartimentos, estando situada la citada conexión de entrada en el extremo de contraelectrodo (4) del dispositivo con la conexión de salida para un fluido desionizado (28) del primero (38) de los compartimentos.

2. Dispositivo (37) de acuerdo con la reivindicación precedente, en el que el citado dispositivo (37) comprende medios (18, 23) situados aguas abajo de las conexiones de salida (8, 13) del dispositivo (37) para ajustar la resistencia hidrodinámica de los flujos de líquido de entrada (10, 26 ) y de salida (12, 14) .

3. Dispositivo (37) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 y 2, en el que el citado dispositivo (37)

comprende al menos una membrana (3, 15) que separa el electrodo (5) o el contraelectrodo (4) del compartimento 25 de desionización (39 , 38) .