MXPA04003324A - Disposicion de un electrodo, metodo para fabricarlo y uso del mismo. - Google Patents

Abstract

Se describe un dispositivo de un electrodo, que comprende un nucleo y un revestimiento superficial de material electricamente conductor, y esta caracterizado porque el revestimiento superficial comprende una o varias capas con una superficie libre de poros, cada una con un espesor de 0.005 mm a 0.050 mm, y formado por aspersion, especialmente con una tecnica de aspersion de plasma al vacio.

Description

DISPOSICIÓN DE UN ELECTRODO, MÉTODO PARA FABRICARLO Y USO DEL MISMO DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La presente invención se refiere a un dispositivo de un electrodo como se menciona en el preámbulo de la reivindicación de patente 1. Además, la invención se refiere a un método para fabricar un electrodo como se mencionó en el preámbulo de la reivindicación 6. La invención también se refiere a un método para utilizar el electrodo.

MÉTODOS CONOCIDOS EN USO HOY EN DÍA Los ánodos de hoy en dia (electrodos) son producidos mediante el uso de electrólisis. Estos electrodos tienen, no obstante, un lapso de vida relativamente corto y no toleran la exposición al alto voltaje por un periodo prolongado de tiempo. Si éstos son expuestos a un voltaje alto, éstos se quemarán. Durante el proceso existe una precipitación a partir del ánodo, de modo que éste se llega a erosionar. Estos ánodos están también muy expuestos a las partículas contenidas en el flujo del líquido, algo del cual conduce a desgaste y rompimiento mecánico. Los ánodos son también elaborados de metales puros o sus aleaciones, y los cuales no pertenecen al grupo de los metales preciosos, pero éstos son rápidamente erosionados cuando son utilizados, no producen el oxidante deseado, o no pueden ser expuestos al voltaje deseado. Se encuentra también en uso otro método menos bien conocido, el cual involucra que el tántalo, platino, iridio o una mezcla de los anteriores sean laminados a entre 0.015 y 0.035 mm y soldados al núcleo de un ánodo, el cual es elaborado de titanio, aluminio o cobre. Mediante este método se utiliza la soldadura por fricción. El lapso de vida de estos electrodos es más prolongado que para los electrodos elaborados mediante el uso de la electrólisis. Estos toleran un voltaje (voltios) e intensidad de corriente (amperios) considerablemente más altos. Con estas ventajas en las variables para el proceso de electrólisis, por ejemplo, el voltaje de 0-380V y el amperaje de 0-1000 Amp, son producidos los oxidantes mixtos, los cuales tienen reactividad extremadamente alta, resistencia y la posibilidad para balance de funciones uno con el otro, del balance de los oxidantes simples, lo cual excede el efecto de, y reduce el efecto no deseado de, los oxidantes de los ánodos producidos mediante otros métodos . Las limitaciones de la producción mediante este método son la cantidad de variaciones en la mezcla de aleación. Por ejemplo, se sabe que una aleación de platino/iridio (Pt/Ir) con más de 20% de iridio es difícil de laminar al espesor deseado. Hasta ahora, se sabe que las aleaciones pueden ser laminadas hasta aproximadamente 33 micrómetros (0.033 mm) .

Concentraciones más altas de iridio significan problemas aún mayores, y la lámina producida es frecuentemente frágil. Es también deseable, que la lámina sea de alta dureza para incrementar la resistencia mecánica al desgaste y al rompimiento. Al mismo tiempo, el espesor de la lámina es decisivo respecto a cuántos de los oxidantes simples son producidos en el líquido dado a un voltaje dado (V) y un amperaje dado (A) . Además, se sabe por ejemplo que el platino puro técnicamente puede únicamente ser laminado hasta un espesor de 15 micrómetros (0.015 mm) . Por debajo de este espesor no se obtiene una lámina hermética al aire (poros) . Un propósito de la invención es proporcionar una nueva construcción para un electrodo como se mencionó anteriormente y que elimina todas las desventajas que son observadas en los electrodos existentes . Es también un propósito de la invención proporcionar un nuevo y mejorado método en el cual se pueda producir, de una manera simple, un electrodo que tenga un más alto rendimiento en el uso que los electrodos previamente conocidos. Además, un propósito de la invención es proporcionar un uso para el electrodo. El dispositivo, el método y el uso de acuerdo a la invención están caracterizados por las peculiaridades que aparecen en la caracterización de las siguientes reivindicaciones independientes. Las peculiaridades adicionales de la invención son indicadas en las reivindicaciones dependientes. De acuerdo a la presente invención, se ha proporcionado un método que se presta a sí mismo a unir entre sí diferentes metales, para producir un ánodo que puede ser utilizado para producir una mezcla de oxidantes y radicales mediante el uso de la electrólisis . El núcleo a partir del cual es producido el ánodo o la hoja, es principalmente titanio, o cobre, o aluminio, o plata o sus aleaciones, o sus metales/aleaciones conductoras. Especialmente preferibles son el titanio o una aleación de titanio y paladio . Fuera del núcleo anteriormente mencionado se roela un polvo de diferentes aleaciones en una o varias capas. Los metales típicos en tal recubrimiento por rocío son 100% tántalo o platino o titanio o iridio o una aleación compuesta de una mezcla de éstos. Se pueden también utilizar otros metales preciosos tales como niobio, hafnio, zirconio, rutenio, paladio y rodio o una mezcla (una aleación) de éstos. Un polvo compuesto de los metales/aleaciones anteriormente mencionados, o una mezcla de polvo a partir de los metales anteriormente mencionados, se rocía sobre el ánodo mediante el uso de Rocío o Aspersión de Plasma en Atmósfera Controlada, lo que significa que el rocío o aspersión tiene lugar en una atmósfera sustítuta de un gas, el Rocío o Aspersión de Plasma al Vacío (VPS) , el Rocío o Aspersión de Plasma a Bajo Vacío (LVPS) o el Rocío o Aspersión de Plasma a Baja Presión (LPPS) . El método preferido es el Rocío o Aspersión de Plasma al Vacío. Como una primera capa, puede ser ya sea rociada una capa de tántalo, niobio, hafnio, zirconio o una mezcla de éstos. Otras capas serán de platino, rodio, iridio, rutenio, paladio, zirconio o una mezcla de éstos. Un electrodo producido mediante este método, y el cual es luego utilizado como un ánodo, tendrá un lapso de vida muy prolongado y producirá un oxidante mixto muy fuerte, el cual es adecuado para la oxidación de materiales orgánicos en líquidos, materiales orgánicos enlazados a partículas en líquidos, y a la destrucción del cianuro y del amoniaco en líquidos, así como la destrucción de bacterias, microorganismos y ciertos virus .

VENTAJAS DEL PRESENTE MÉTODO Mediante el uso del método de aspersión de plasma al vacío, mencionado, se obtiene un electrodo con un lapso de vida muy prolongado, aun cuando éste sea utilizado bajo condiciones y ambientes extremos. Este tolera una corriente de hasta 380 voltios y 1000 amperios sin signos visibles de deformación sobre la estructura. Esto basado en el hecho de que se obtendrán luego las mismas cualidades mecánicas que mediante la aplicación de la lámina mediante soldadura por fricción.

El ánodo que es producido mediante el presente método puede ser sometido a un alto voltaje en un periodo prolongado de tiempo, 15 voltios o más. La ventaja con esto es que se obtendrá la producción de oxidantes fuertes tales como H2, Cl2/ C103, 03, 02, H202, (OH) , (C10H) , (O) , y esto es lo que se desea, ya que son estos oxidantes en una interrelación balanceada la que hace única a la composición del ánodo. El alcance de este balance es incrementado por el presente método. Por ejemplo, si algunas veces se requieren pequeñas cantidades de Cl2 y un gran cantidad de O3 para evitar la formación de compuestos cloroorgánicos . La formación de Cl2 es alta con mayor espesor sobre la capa exterior (Pt, Pt/Ir, Pt/Rh, etc.) . En consecuencia, el 03 es menor a un cierto voltaje y amperaje. Se obtiene la situación opuesta con capas exteriores delgadas, ya que es lograda una alta producción de O3 y una baja producción de Cl2. En muchos casos es deseable obtener un oxidante mixto el cual da oxidación casi completa, y donde la presencia de O3 y de radicales hidroxilo contrarresta las posibilidades de que el Cl2 produzca compuestos cloroorgánicos donde podría de otro modo estar presente un superávit de Cl2 y los materiales orgánicos no sometidos a combustión.

El alcance de este balance es incrementado por el presente método por el hecho de que, mediante la aspersión por plasma al vacio se obtienen recubrimientos libres de poros de las capas de metal, por debajo de 0.007 irati. La laminación de la lámina es limitada hasta 0.015 para el recubrimiento libre de poros y hermético al aire para Pt puro, y mucho más alto para aleaciones de Pt/Ir. De igual modo, la mezcla de los metales en la capa exterior es decisiva para el desgaste y el rompimiento en situaciones con influencia mecánica. Mediante la aspersión se puede, sin limitaciones a partir de la tecnología de laminación y la fragilidad en el metal, mezclar concentraciones considerablemente más altas de metales duros tales como iridio y rodio con el platino. Como un ejemplo las aleaciones de platino/rodio y platino/iridio han mostrado que son muy efectivas, pero hoy en día nadie ha sido capaz de laminar esta aleación hasta el espesor deseado. Con el método de acuerdo a la presente invención se puede ser capaz de hacer esto, ya que se rocían los metales sobre la superficie del núcleo. Es muy simple producir los metales que se requieren, ya que el metal/aleaciones estarán en forma de polvo antes del recubrimiento.

Las cualidades mecánicas del método de acuerdo a la invención son mejores con respecto al desgaste y al rompimiento. Se puede todavía ir más abajo al espesor de capas de ().007 mm y todavía mantener el alcance de la producción de oxidante. El área de la superficie del ánodo es de importancia significativa para el efecto por electrólisis. Con el método de acuerdo a la invención se obtiene una superficie extremadamente áspera, en contraste a la laminación y el recubrimiento por electrólisis. Esto a un grado mayor incrementa el área del ánodo en contacto con el liquido, y da una producción de oxidante considerablemente incrementada. En un caso de peligro de contaminación de sustancias no conductoras sobre el ánodo, éste puede ser pulido antes de ser utilizado en la celda. Otra ventaja más es que el ánodo puede ser producido de cualquier forma deseada como es mostrado por las figuras anexas y el texto correspondiente. El ánodo puede ser elaborado como un tubo, en una forma de estrella, una varilla, un disco, una espiral perforada, etc . Por ejemplo, con un ánodo o con un núcleo de titanio se tienen limitaciones hoy en dia respecto a qué tan largo y grueso puede ser éste, asi como a la forma con respecto a la soldadura por fricción. Este no es el caso para un ánodo producido mediante recubrimiento electrolítico del metal, pero allí la limitación es el enlace mecánico al núcleo, así como la durabilidad y el efecto. La libertad de forma, como un resultado del método de recubrimiento es considerablemente incrementada mediante el método de acuerdo a la invención, y da la posibilidad incrementada de incrementar el área de la superficie del ánodo en contacto con el líquido, incrementando el efecto dinámico del fluido con respecto al desgaste y al rompimiento, el tiempo de contacto y la velocidad en la superficie de contacto líquido/ánodo, al mismo tiempo que los requerimientos para la producción óptima de oxidante es cuidada por el enlace mecánico, la falta de poros en todas las capas, y la variación en el espesor de la capa exterior. El dispositivo de acuerdo a la invención será además explicado en la siguiente especificación bajo la referencia a las figuras anexas, en donde: Ejemplo 1 (figura 1) muestra una sección transversal de un ánodo como una varilla y un cátodo con un tubo, donde el líquido puede ser bombeado de lado a lado, Ejemplo 2 (figura 2) muestra una sección transversal donde el cátodo es una varilla dentro de un tubo que es un ánodo. Aquí, el líquido es bombeado a través del ánodo. La capa exterior de cobre tiene como función distribuir la electricidad. Ejemplo 3 (figura 3) muestra la sección transversal de un ánodo como una hoja. Ejemplo 4 (figura 4) muestra una sección transversal de un material recubierto, y cómo éste contribuye a una mayor área superficial contra el líquido. Como se mencionó, el ánodo es elaborado de titanio o de cobre o de aluminio o de plata o una de aleación de titanio/paladio u otro metal/aleación conductora . El ánodo puede variar en tamaño y forma de acuerdo al propósito para el cual se utilice éste. El ánodo puede tener un núcleo consistente de titanio o cobre o aluminio o plata o una aleación de titanio/paladio u otro metal/aleación conductora, con el platino o el rodío o el iridio o el rutenio o el paladio o el zirconio o un aleación de éstos, recubiertos por aspersión con una capa de recubrimiento exterior . El ánodo puede ser hueco, por ejemplo, un tubo, y consistir de metales/aleaciones como se describieron anteriormente donde, como una punta exterior en el ánodo es colocada una capa de material más conductor, para conducir electricidad, y en la cual la superficie interna es rociada con platino o rodio o iridio o rutenio o paladio o zirconio o una aleación de éstos . El cátodo es colocado aqui en la parte interna del tubo (el ánodo) . El núcleo del ánodo es desgastado con arena o desgastado con vidrio para obtener una superficie áspera. Después de soplar con arena/soplar con vidrio la superficie del material del núcleo en el ánodo, ésta el limpiada químicamente mediante el uso de un adelgazador o ácido. Esto debe ser realizado para remover el polvo y la grasa que puedan yacer sobre la superficie, asi como para remover el oxigeno la superficie del metal (por ejemplo para remover los óxidos de la superficie) . Después de que la limpieza ha sido llevada a cabo, la capa superficial mencionada anteriormente es rociada en una cámara al vacio. El método de aspersión utilizado es la aspersión de plasma al vacío, y la aspersión forma una capa metálica de grano fino sobre la superficie del ánodo . Primeramente, se rocía una primera capa de tántalo o niobio o zirconio o hafnio o aleaciones de éstos. Es rociada entonces una capa de 0.005 mm y 0.050 mm. La otra capa que es rociada por encima será platino, rodio, iridio, rutenio, paladio, zirconio o una aleación de éstos. El espesor de esta capa estará en el área de 0.005 mm a 0.050 mm. La ventaja de este método es que los metales/aleaciones que son rociados superficialmente no cambiarán sus cualidades y se obtiene una superficie muy dura que tolera la tensión extrema que ocurre durante la oxidación electroquímica. El método da superficie libre de poro por debajo de 0.007 mm, área reactiva incrementada debido a la aspereza creada, y da libertad de expresión con respecto a los metales utilizados en las aleaciones.

Claims (12)

REI I DICACIONES

1. Dispositivo con electrodo que consiste de un núcleo y un recubrimiento superficial de material eléctricamente conductor, caracterizado porque el recubrimiento superficial comprende una o varias capas de una superficie libre de poros, cada una con un espesor de 0.005 mm a 0.050 mm, y es formada mediante aspersión, especialmente, con una técnica de aspersión de plasma al vacio, en la forma de aspersión de plasma en atmósfera controlada, por ejemplo donde la aspersión tiene lugar en una atmósfera sustituta de un gas, aspersión de plasma al vacio (VPS), aspersión de plasma a bajo vacio (LVPS) o aspersión de plasma a baja presión (LPPS), ya que el método preferido es aspersión de plasma al vacío.

2. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el núcleo del electrodo es producido de titanio o cobre o aluminio o plata o una aleación de titanio/paladio u otro metal/aleación conductora.

3. Dispositivo de conformidad con las reivindicaciones 1-2, caracterizado porque el núcleo del electrodo es recubierto por una primera y posiblemente una segunda capa de tántalo o niobio o hafnio o zirconio o una aleación de éstos.

4. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque una o varias capas tienen un espesor de 0.007 mm.

5. Dispositivo de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado por la producción de un ánodo que puede ser formado como una varilla, una hoja, un tubo, o de cualquier forma y tamaño.

6. Método para producir un electrodo que comprende un núcleo y un recubrimiento superficial de material eléctricamente conductor, caracterizado porque se rocia, especialmente con una técnica de aspersión de plasma al vacio en la forma de aspersión de plasma en atmósfera controlada, por ejemplo, porque la aspersión es conducida en una atmósfera sustituta de un gas, aspersión de plasma al vacio (VPS), aspersión de plasma a bajo vacio (LVPS) o aspersión de plasma a baja presión (LPPS) , ya que el método preferido es la aspersión de plasma al vacio, se elabora un recubrimiento superficial sobre el núcleo en la forma de una o varias capas que tienen un espesor de 0 . 005 mía a 0 . 050 muí, y porque es proporcionada una capa como una superficie libre de poros.

7 . Método de conformidad con la reivindicación 6 , caracterizado porque el material es rociado en forma de polvo para formar una capa de grano fino con un contorno superficial áspero.

8 . Método de conformidad con las reivindicaciones 6-7 , caracterizado porque la aspersión es conducida hasta que la capa (o capas) tienen un espesor de 0 . 007 mm.

9 . Método de conformidad con las reivindicaciones 6- 8 , caracterizado porque es utilizado un núcleo que es elaborado de titanio o cobre o aluminio o plata o una aleación de titanio/paladio u otro metal/aleación conductora.

10 . Método de conformidad con las reivindicaciones 6-9 , caracterizado porque es rociada una capa de metales de una elección entre tántalo o niobio o zirconio, o aleaciones de los mismos.

11. Uso del electrodo de conformidad con las reivindicaciones 1-5, como un ánodo en una celda electrolítica, para la producción de oxidantes mediante electrólisis, para la oxidación de materiales orgánicos en líquidos, y materiales orgánicos sobre partículas en líquidos .

12. Uso del electrodo de conformidad con las reivindicaciones 1-5, como un ánodo en una celda electrolítica, para la producción de oxidantes mediante electrólisis, para la oxidación y destrucción de bacterias, microorganismos, y virus en líquidos.