專利名稱：在流體中不能溶解的煙灰之類的材料顆粒的電化學(xué)轉(zhuǎn)換方法和反應(yīng)爐的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
用來從諸如柴油引擎排出的氣體之類的當(dāng)時(shí)燃燒所產(chǎn)生的煙道氣體中去掉例如煙灰粒子的方法，典型地說是以在特殊的過濾器上收集的煙灰粒子的純化學(xué)/催化燃燒處理為基礎(chǔ)的?；瘜W(xué)/催化處理的缺點(diǎn)是在溫度低于400℃時(shí)不能以足夠高的速度進(jìn)行，該溫度比通常在大的柴油引擎的燃燒系統(tǒng)中所能得到的典型地說大約300℃的溫度高。對于燃燒系統(tǒng)或引擎來說獲得盡可能高的效率的努力同時(shí)也把煙道氣體的溫度拉到所能得到的盡可能低的溫度。部分燃燒后的材料和煙灰粒子隨之積累在過濾器上，因此必須周期性地更新以除去或燒掉收集到的煙灰粒子。典型地說，更新必須以幾個(gè)小時(shí)的間隔進(jìn)行，即，例如對于公共汽車來說一個(gè)工作日要更新若干次。典型地說更新采用用燃燒器或電加熱裝置對過濾器進(jìn)行加熱的辦法進(jìn)行。在更新期間的過程內(nèi)，排氣氣流必須用過濾器單元使氣體通過旁道，以使排出氣體不被過濾?；蛘撸诟缕陂g使引擎停止工作。典型地說，更新在從幾分鐘到20分鐘內(nèi)進(jìn)行。因?yàn)橐寻惭b上過濾器，故在工作期間平衡壓力將因填塞作用而增加。這對引擎的工作將產(chǎn)生一個(gè)不利的影響。此外，還存在著一種使得過濾器單元過熱的高度危險(xiǎn)，這種危險(xiǎn)是已收集到的炭燃燒所形成的熱產(chǎn)生的結(jié)果。由于在用得最為普遍的陶瓷過濾器材料上會形成的熱應(yīng)力，所以這將會導(dǎo)致一種使之熔化或爆裂的危險(xiǎn)。
現(xiàn)有技術(shù)的說明EP 532031公開了一種供收集來自柴油引擎的排出氣體的顆粒材料的過濾器更新用的基于柴油燃料的燃燒器系統(tǒng)。所收集到的材料采用用燃燒器加熱的辦法使之燃燒。該系統(tǒng)的缺點(diǎn)是不能連續(xù)地工作。
WO 95/02117公開了一種用來從排出氣體中收集來自柴油引擎的排出氣體顆粒材料的過濾器。該過濾器采用對過濾器機(jī)體電加熱到所收集到的煙灰的燃燒溫度的辦法進(jìn)行更新?；蛘撸褂貌裼腿剂系娜紵饕部梢杂糜谑诡w粒材料燒毀。這種系統(tǒng)不是連續(xù)地發(fā)揮作用的系統(tǒng)，因?yàn)楸仨氈芷谛缘厥顾Ｏ聛磉M(jìn)行更新。
WO 94/16204公開了一種過濾器系統(tǒng)，主要用于叉車和其它的用柴油燃料的不打算在大街上使用的車輛的排氣。該過濾器的更新以調(diào)整的形式完成，在更新中供燃燒用的空氣和供把所收集到的材料加熱到其燃燒溫度用的電源從一個(gè)外部源供給。因此，在進(jìn)行更新期間車輛必須停止工作。
US專利No.4946609公開了一個(gè)系統(tǒng)，該系統(tǒng)中，采用向燃料或潤滑油中加進(jìn)一種添加劑的辦法降低了催化燃燒的溫度。因此，過濾器在大約300℃應(yīng)當(dāng)自我凈化。但是，該系統(tǒng)是復(fù)雜的，因?yàn)楸仨氁幸粋€(gè)供添加劑使用的配料機(jī)構(gòu)。此外，還有一種因添加劑的駐留引起的堵塞過濾器的潛在增加的危險(xiǎn)，而且還存在著因釋放添加劑而污染外部環(huán)境的危險(xiǎn)。
US專利No.4902487公開了一種過濾器系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，在排出氣體中需要相對高含量的氮氧化物。這些氧化物用做一種活性氧化劑，以便可以降低催化燃燒煙灰粒子的最低溫度。但是，為了在275℃以上的溫度下得到過濾器的自我凈化，需要有一個(gè)適當(dāng)?shù)母叩牡趸锖繉熁伊康谋壤?。因此，該系統(tǒng)僅僅在那些在排出氣體中具有低的煙灰含量且得到很好保持的系統(tǒng)中是有用的。另外，具有不希望的高氮氧化物含量的排出氣體被排放出去。
US專利申請No.4310406描述了一個(gè)系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，炭顆粒之類被用做廢水電化學(xué)凈化的電極，其中，一種電化學(xué)反應(yīng)被用做把在溶液中的基本上是金屬離子的污染物轉(zhuǎn)化為一種不可溶的顆粒狀的材料，該材料被收集到電極材料上。在其中把不可溶的材料轉(zhuǎn)換成可溶材料的相反的處理既沒有示出也沒人提出來過。
德國專利DE 4236711A1公開了一種用來監(jiān)測排出氣體中煙灰含量的測試裝置。該裝置是以具有氧離子導(dǎo)電電解質(zhì)及金屬或陶瓷工作和參考電極的電化學(xué)測試單元為基礎(chǔ)的。該裝置測定由沉積在工作電極上的煙灰引起的電位差而在參考電極上則沒有煙灰。該裝置必須加熱到恒定的溫度。該裝置不把煙灰轉(zhuǎn)換成被排出氣體除去的可溶材料。
2、發(fā)明的說明本發(fā)明的目的是提供一種把在流體中的不可溶材料轉(zhuǎn)換成在流體中可溶材料的經(jīng)過改善的方法和設(shè)備。
說得詳細(xì)一點(diǎn)，本發(fā)明提供一種可以把在煙道氣體中不溶的含炭離子轉(zhuǎn)換成二氧化碳的方法和設(shè)備。
此外，目的還在于提供這樣的方法和設(shè)備，用這樣的方法和設(shè)備可以把已分配到水中的油滴轉(zhuǎn)換成二氧化碳和水。
對在流體中不溶的材料進(jìn)行電化學(xué)轉(zhuǎn)換的方法根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種把在流體中的不可溶材料轉(zhuǎn)換成在流體中可溶材料的方法，這些目的可以達(dá)到，該方法的特征是(a)把流體導(dǎo)入到具有內(nèi)部電路的反應(yīng)區(qū)域，該內(nèi)部電路包括，或在優(yōu)選實(shí)施方案內(nèi)由下述構(gòu)成(ⅰ)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理可以送來電子的一個(gè)或多個(gè)工作電極，該處理把在流體中不可溶材料轉(zhuǎn)換成可溶材料，(ⅱ)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)反電極，該反電極平衡在工作電極上的電化學(xué)處理，(ⅲ)一種或多種離子選擇性電解質(zhì)，該電解質(zhì)在工作電極和反電極的電化學(xué)處理之間選擇性地傳導(dǎo)一種或多種類型的離子，在該反應(yīng)區(qū)域中，已導(dǎo)入的不可溶材料被送到距工作電極的距離為電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)，使得可以發(fā)生電化學(xué)處理，和所述內(nèi)部電路通過工作電極和反電極被連接到一個(gè)外部電流源上，(b)通過加上外部電流源，該內(nèi)部電路具有一個(gè)電壓差，該電壓差足以用于把在流體中不可溶的材料轉(zhuǎn)換成可溶材料的電化學(xué)處理，
(c)在流體中可溶的材料借助于正在流動的流體被引導(dǎo)到遠(yuǎn)離反應(yīng)區(qū)域的地方。
采用本發(fā)明的方法實(shí)現(xiàn)了下述目的在流體中不可溶的材料在一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)反應(yīng)中被形成為顆粒，因此它已被用電化學(xué)方法轉(zhuǎn)換成在流體中可溶的材料，該材料接著用正在流動著的流體帶走。
這樣的方法具有很多的優(yōu)點(diǎn)，例如，轉(zhuǎn)換可以在比通常慣用的燃燒技術(shù)還低的溫度下進(jìn)行；避免了把不希望的添加劑添加到不可溶材料中去；避免向流體中添加不希望的氮氧化物。
此外，本發(fā)明的電化學(xué)轉(zhuǎn)換是連續(xù)的，因此避免了在已知的技術(shù)中為了更新所用的收集過濾器所必須的令人討厭的停止工作。
同樣，電化學(xué)轉(zhuǎn)換的能耗低也是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
在權(quán)利要求中將說明該方法的優(yōu)選實(shí)施方案。
內(nèi)部電路根據(jù)本發(fā)明，流體流到反應(yīng)區(qū)域，該反應(yīng)區(qū)域包括一個(gè)由一個(gè)或多個(gè)工作電極，一個(gè)或多個(gè)反電極，一種或多種離子選擇性電解質(zhì)構(gòu)成的內(nèi)部電路，因此，該電路在工作電極上或在反電極上產(chǎn)生一種或多種類型的離子，這些離子可以通過離子選擇性電解質(zhì)傳送，而電子則被傳導(dǎo)到外部電流源和/或從外部電流源電學(xué)式地泵入。
工作電極本發(fā)明的工作電極的例子是能夠把電子傳送到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中傳送進(jìn)來的電極，該處理能夠把在流體中的不可溶材料轉(zhuǎn)換成可溶材料。
對于專業(yè)人員來說這樣的電極是已知的，而且，可以用在’Handbook ofBatteries and Fuel Cells’由David Linden編輯，McGraw-Hill,1984中所述的范例制作。
根據(jù)一個(gè)實(shí)施方案，工作電極最好包括一種導(dǎo)電性材料，諸如金屬材料。特別是含有過渡金屬的金屬更為理想，理想的過渡金屬在周期表中屬于第8族。特別理想的是金屬材料從鉑族金屬Ni,Pt,Rh和Pd以及他們的合金中選出，應(yīng)用該金屬材料可以得到對許多種類的電化學(xué)反應(yīng)(氧化和還原)都具有良好的催化效果的電極。
根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施方案，工作電極由陶瓷材料(例如鈣鈦礦材料)構(gòu)成是理想的。陶瓷材料是便宜的電極材料，對于特定的反應(yīng)表現(xiàn)出特定的電化學(xué)性質(zhì)，而且在氧化條件下具有良好的化學(xué)穩(wěn)定性，因此，可以以具有特定性質(zhì)的很具特色的陶瓷基板的形式生產(chǎn)工作電極。
工作電極由諸如鍶摻雜后的鑭水錳礦(lanthanum manganite)，用鍶摻雜后的鑭輝鈷礦，用鍶摻雜后的鑭褐鐵礦，或他們的混合物之類的摻雜鈣鈦礦構(gòu)造(ABO3)的陶瓷材料構(gòu)成是特別理想的，特別是在有氧參與的反應(yīng)中，用這樣的材料可以生產(chǎn)對于特定反應(yīng)的導(dǎo)電性和電催化性具有特定性質(zhì)的電極。
工作電極例如可以用具有很好地確定的粒子大小(典型地說稍大于理想的平均微孔尺寸)的金屬粉末用粉末冶金法制造。在制備期間把加壓和燒結(jié)控制為使最后的構(gòu)造達(dá)到合適的穩(wěn)定性，同時(shí)保持理想的多孔性的效果。
工作電極還可以以粉末的形式施加理想的顏料進(jìn)行制備。這種涂裝可以用涂抹，絲網(wǎng)漏印或其他的絹網(wǎng)印花技術(shù)完成。在涂裝之后，電極可以燒結(jié)，以此，使粘合劑和溶劑熱解或燃燒。采用適當(dāng)控制燒結(jié)條件的辦法，就可得到具有理想的多孔性的金屬構(gòu)造。
也可以用金屬氧化物粉末代替金屬粉末，在涂裝之后，采用在含氫氣氛中加熱的辦法將其還原。
工作電極也可以具有開孔或機(jī)械式孔形式的空腔來代替多孔性，這些空腔是用熟知的技術(shù)，例如光刻刻蝕技術(shù)，噴水轟擊，或激光磨蝕制備的。反電極也被形成為具有適當(dāng)?shù)目涨?，例如微孔或機(jī)械孔，該空腔允許理想的煙道氣體流通過反應(yīng)區(qū)域。
工作電極用做陽極在工作電極上的電化學(xué)處理由工作電極是用做陽極還是用做陰極，以及由哪一種或哪幾種離子被離子選擇性電解質(zhì)導(dǎo)入到工作電極上來確定。
當(dāng)工作電極用做陽極時(shí)，將發(fā)生不可溶材料RED變成為可溶材料OX的氧化反應(yīng)。在這一轉(zhuǎn)換中，不可溶材料被看作是一種還原形式的RED，用氧化反應(yīng)氧化為一種氧化后的形式OX。
在本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方案中，離子選擇性電解質(zhì)分別由氧離子導(dǎo)體和氫離子導(dǎo)體構(gòu)成。在這些實(shí)施方案中，假設(shè)按照下述通用反應(yīng)方程式發(fā)生RED氧化為OX的反應(yīng)。
氧離子導(dǎo)體氫離子導(dǎo)體工作電極用做陰極當(dāng)工作電極用做陰極時(shí)，將發(fā)生不可溶材料OX變化成可溶材料RED的還原反應(yīng)，在類似的優(yōu)選實(shí)施方案中假設(shè)按照下述通用反應(yīng)方程發(fā)生這一反應(yīng)。
氧離子導(dǎo)體氫離子導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)指出，專業(yè)人員當(dāng)然能夠建立類似的電化學(xué)氧化和還原方程，在該方程中，取決于優(yōu)選電化學(xué)處理，用另一種離子選擇性電解質(zhì)選擇性地在工作電極和反電極之間傳導(dǎo)氧離子和氫離子之外的離子。
反電極本發(fā)明的反電極的例子是能夠把電子傳送到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理傳送來電子的電極，該電極均衡工作電極上的電化學(xué)處理。
對于專業(yè)人員來說這樣的電極是熟知的。它們可以與工作電極相同或不同，他們可以用和對于工作電極曾提到過的材料相同的材料構(gòu)成。在這樣的情況下，工作電極和反電極是指定的電極材料。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中，反電極由鉑構(gòu)成，以便能得到一個(gè)化學(xué)穩(wěn)定和熱穩(wěn)定的反電極。
反電極用做陰極當(dāng)反電極用做陰極的時(shí)候，在反電極上的電化學(xué)處理包括一種借助于它把電子傳送到一種或多種參與反應(yīng)的反應(yīng)物上去的處理。
在優(yōu)選實(shí)施方案中，在其中離子選擇性電解質(zhì)是一種氧離子導(dǎo)體或者氫離子導(dǎo)體，假設(shè)按照下述反應(yīng)方程式，氧被還原為氧離子，或者還原為水。
氧離子導(dǎo)體氫離子導(dǎo)體反電極用做陽極當(dāng)反電極用做陽極時(shí)，反電極從一種或多種參與反應(yīng)的反應(yīng)物那里接受電子。在前邊提到過的優(yōu)選實(shí)施方案中，在其中離子選擇性電解質(zhì)是氧離子導(dǎo)體或者氫離子導(dǎo)體，假設(shè)按照下述反應(yīng)方程式氧離子被氧化為氧，或者水被氧化為氧和氫離子。
氧離子導(dǎo)體氫離子導(dǎo)體應(yīng)當(dāng)指出，專業(yè)人員當(dāng)然能夠?qū)Ψ措姌O上的類似的電化學(xué)還原和氧化建立反應(yīng)方程式，在該反應(yīng)方程式中，取決于優(yōu)選的電化學(xué)處理借助于另外的離子選擇性電解質(zhì)在工作電極和反電極之間選擇性地傳導(dǎo)氧離子和氫離子之外的離子。
離子選擇性電解質(zhì)本發(fā)明的離子選擇性電解質(zhì)是一種在工作電極和反電極上的電化學(xué)處理之間選擇性地傳導(dǎo)一種或多種離子，以便實(shí)現(xiàn)使參與到處理中去的例如上述氧離子O2-和氫離子H+可以從一個(gè)產(chǎn)生它們的電極導(dǎo)入到消滅它們的另一個(gè)電極上去的目的。
不考慮偶然出現(xiàn)的離子，正是離子選擇性電解質(zhì)確定在電化學(xué)處理中分別在工作電極和反電極上可以發(fā)生哪些離子。
如果選中氧離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)，就假定在用做陽極的工作電極上發(fā)生炭氧化為二氧化碳的電化學(xué)氧化反應(yīng)，在用做陰極的反電極上發(fā)生氧還原為氧離子的電化學(xué)還原反應(yīng)，并從反電極(陰極)通過氧離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)到工作電極(陽極)傳輸氧離子，在那里，按照下述反應(yīng)方程式，在把電子釋放到陽極上去的條件下，氧離子與炭反應(yīng)。
借助于氧離子導(dǎo)電電解質(zhì)陽極陰極合計(jì)如果選中氫離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)，就假定在工作電極(陽極)上，在產(chǎn)生氫離子的條件下發(fā)生炭氧化為二氧化碳的電化學(xué)氧化反應(yīng)，通過氫離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)，這些將被導(dǎo)入到反電極(陰極)上去，在那里，在形成水的條件下，按照下述反應(yīng)方程式，他們將和氧進(jìn)行反應(yīng)。
借助于氫離子導(dǎo)電電解質(zhì)
陽極陰極合計(jì)在兩種情況下，所產(chǎn)生的氧離子和氫離子都通過離子選擇性電解質(zhì)導(dǎo)入，而電子則通過一個(gè)外部電路導(dǎo)入或電學(xué)式泵入進(jìn)來。
當(dāng)利用氫離子導(dǎo)電電解質(zhì)時(shí)，需要加水以維持反應(yīng)繼續(xù)進(jìn)行。如果在流體中已經(jīng)沒有水了就要繼續(xù)加水。典型地說水由含炭材料的燃燒處理供給。
對于專業(yè)人員來說，合適的電解質(zhì)是已知的，例如參看B.C.H.Steele:Oxygen Ion Conductors and Their Technological Applications.SolidState Ionics Symposium,E-MRS Conference on Andvanced Materials(ICAM 1991)Strasbourg,France,27-31 May 1991。
氧離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)例如是具有螢石構(gòu)造的摻雜氧化物，理想地說是以二氧化鋯ZrO2，二氧化鈰CeO2，或二氧化釷ThO2為基礎(chǔ)的氧化物，其中用具有低化合價(jià)的金屬氧化物進(jìn)行摻雜，在晶格構(gòu)造中，在氧的位置上導(dǎo)入空位。
特定的例子包括用釔氧化物摻雜的二氧化鋯，或用釓氧化物摻雜的二氧化鈰。
其它的例子是以鉍氧化物Bi2O3，摻雜的鈣鈦礦為基礎(chǔ)的摻雜氧化物，特別是基于鈰酸鋇BaCeO3，釷酸鋇BaThO3。
此外，還可以提到具有以過渡金屬為基礎(chǔ)的鈣鐵石構(gòu)造的氧化物(A2B2O5)和稀土金屬。
最后，H.L.Tuller的文章Ionic and Mixed Conductors:MaterialsDesign and Optimization和High Temperature Electrochemistry:Ceramics and Metals,Proceeding of the17thRisΦInternationalSymposium of Materials Science,Denmark 2-6 Semtember 1996中，還提到了另一種摻雜鈣鈦礦即摻雜的LaGaO3。
氫離子導(dǎo)電離子選擇性電解質(zhì)是全氟化磺酸鹽聚合物，例如NAFION，參看J.Kjaer et al.,Solid State Ionics,46,(1991),164-173。
此外，還有摻雜的鈰酸鍶和鈰酸鋇，例如參看T.Yajima，H.Iwahara,Solid State Ionics,47,(1991),117-124。
另外，還有鈣鈦礦，諸如摻雜的釷酸鋇，錫取代的絲光沸石，β″-氧化鋁，和NASICON。
混合后的選擇性電解質(zhì)和電極材料在優(yōu)選實(shí)施方案中，內(nèi)部電路由一個(gè)或多個(gè)工作電極，一個(gè)或多個(gè)反電極和一種或多種以混合后的電解質(zhì)和電極材料的形式提供的離子選擇性電解質(zhì)構(gòu)成。
該混合后的電解質(zhì)和電極材料的特征是，由包括下述工序的方法生產(chǎn)使粒子尺寸為10-100微米的離子選擇性電解質(zhì)材料與粒子尺寸為1-10微米的電極材料，以允許電極材料粒子基本上位于離子導(dǎo)電電解質(zhì)材料粒子的表面上而不互相接觸的比例進(jìn)行混合，使得混合材料的電導(dǎo)率與離子導(dǎo)電電解質(zhì)材料的電導(dǎo)率具有相同的幅度量級。
因此可以在內(nèi)部電路的任何地方對在流體中不可溶的材料進(jìn)行收集和轉(zhuǎn)換，以得到具有單位反應(yīng)爐體積高轉(zhuǎn)換能力的特別緊湊的電化學(xué)反應(yīng)爐。
一般地說，混合電解質(zhì)和電極材料包括如此之多的電極材料，以至達(dá)到足夠多的在其上邊發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)的接觸點(diǎn)。一般地說，該材料含有量小于25vol.-％，因?yàn)楦叩牧繉⒃陔姌O材料粒子之間引起直接電接觸，因而在該材料中引起電路短路。
電極材料的材料含量為3～15vol.-％是理想的，這樣，電極材料在電極材料粒子的表面上被定位為分離開來的粒子，而且在電極材料粒子之間不存在電接觸。這樣的直接電接觸將導(dǎo)致電極粒子間的電路短路且將阻止發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。
混合電解質(zhì)電極材料的例子是這樣的材料，它具有敞開的空腔，空腔的尺寸允許不可溶材料滲透到其里邊去。
空腔具有10-100微米的尺寸是理想的。
具有縮小化微孔尺寸的材料在一個(gè)特別優(yōu)選的實(shí)施方案中，混合電解質(zhì)和電極材料，在其一個(gè)伸展方向上具有100-10微米的縮小化微孔尺寸，因此，可以得到無論是不可溶材料的大的固體和液體粒子還是中等和小的粒子都可以在流體的相同的六方向上高效率地且在相同的時(shí)間內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)換。例如，采用把具有縮小化微孔尺寸的材料定向到流體流動方向上的辦法，大粒子首先在大的微孔中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，然后中等粒子和小的粒子在隨后的較小微孔中進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
具有縮小化微孔尺寸的材料可以用對專業(yè)人員來說非常熟悉的形式生產(chǎn)，例如，用在微孔尺寸上具有分段跳變或平緩轉(zhuǎn)變的分層構(gòu)造的結(jié)構(gòu)的形式生產(chǎn)。
在材料內(nèi)部被吸收或以凝膠形式凝固的離子選擇性電解質(zhì)離子選擇性電解質(zhì)的一個(gè)例子還是一種在多孔的內(nèi)部材料中被吸收的液體電解質(zhì)，該液體電解質(zhì)具有選擇性地導(dǎo)入優(yōu)選離子的能力，或者是一種具有理想的物理形狀和微孔構(gòu)造的凝膠形式的電解質(zhì)。
電化學(xué)反應(yīng)距離根據(jù)本發(fā)明，已經(jīng)被導(dǎo)入的不可溶材料被送到距工作電極在電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)，以使之得以發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。因此，如果以足夠電位的形式給該過程加上足夠能量的話，可以確保采用理想的電化學(xué)處理對不可溶材料進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明，’電化學(xué)反應(yīng)距離’意味著這樣的距離，在該距離內(nèi)，分別在工作電極和不可溶材料之間以及在離子選擇性電解質(zhì)和不可溶材料之間的電子和離子的傳輸提供一個(gè)理想的電化學(xué)反應(yīng)的合適的反應(yīng)速率。
給出合適的反應(yīng)速率的典型的電化學(xué)反應(yīng)距離是小于10微米的距離。理想的是1-10微米，用這么一個(gè)反應(yīng)距離可以得到每秒每m2反應(yīng)爐面積，即，宏觀的暴露出來的工作電極面積上1-10mg炭的轉(zhuǎn)換速率。反應(yīng)爐面積典型地說小于總計(jì)多孔工作電極面積。
敞開的空腔反應(yīng)區(qū)域由一個(gè)或多個(gè)具有一個(gè)或多個(gè)閉合的邊界和一個(gè)或多個(gè)開孔構(gòu)成的敞開的空腔是理想的，該開孔和流體互通，以此實(shí)現(xiàn)了使在流體中不可溶材料滲進(jìn)空腔的目的，所述材料墜入到空腔內(nèi)并施行轉(zhuǎn)換。
空腔的閉合的邊界由一個(gè)或多個(gè)電極材料，一個(gè)或多個(gè)離子選擇性電解質(zhì)材料或它們的混合物構(gòu)成是理想的，電極材料的例子是工作電極和反電極材料，因此可以得到從離子選擇性電解質(zhì)到發(fā)生電化學(xué)轉(zhuǎn)換的空腔的效果特別好的傳送。
在一個(gè)特別理想的實(shí)施方案中，空腔的閉合的邊界由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成。敞開的空腔一般可以用專業(yè)人員所熟知的形式形成。例子包括具有平滑的或不規(guī)則的表面的網(wǎng)絡(luò)、孔、微孔或其它的開孔的機(jī)械、化學(xué)、或光學(xué)制備方法。但是，還可以有其他的制備方法。
至于所提到的化學(xué)制備方法可以象下述文章所述那樣，特別地利用受控?zé)Y(jié)技術(shù)。這篇文章是R.J.Brook(ed.):’Concise Encyclopaedia ofAdvanced Ceramic Materials”,Pergamon Press,Series on:Advances inMaterial Science and Engineering,1991。
在金屬(粉末冶金學(xué))和陶瓷構(gòu)造的制作中都可以利用受控?zé)Y(jié)技術(shù)。最重要的參數(shù)是未加工粉末的粒子尺寸。粒子尺寸越大在最后的構(gòu)造中微孔的尺寸就越大。此外，燒結(jié)溫度也被用做控制參數(shù)。就是說，目的是實(shí)現(xiàn)一個(gè)密集的無微孔的構(gòu)造，但是采用使用具有比較大的粒子尺寸，例如用把粉末加熱到接近通常的燒結(jié)溫度(煅燒)的辦法所得到的未加工的粉末粒子尺寸，下述情況是可能的粉末并未燒結(jié)成密集的構(gòu)造而是在構(gòu)造中留下了微孔。除粒子尺寸之外，也可以利用燒結(jié)條件把微孔尺寸控制到寬的限制值之內(nèi)，因?yàn)樵谕ǔ５那闆r下燒結(jié)溫度和燒結(jié)時(shí)間的減少將增加多孔性。最后，多孔性可以受微孔形成劑的加入即在陶瓷構(gòu)造成型期間加進(jìn)的添加劑的加入的影響，但是在燒結(jié)期間將被蒸發(fā)或燒毀，因此在構(gòu)造中留下微孔。作為合適的微孔形成劑可以利用有機(jī)材料，例如蜂蠟，聚合物，纖維材料或其他材料。
空腔的尺寸和數(shù)目空腔的尺寸和數(shù)目可以用專業(yè)人員熟知的方法進(jìn)行選擇，空腔的尺寸可用這樣的方法進(jìn)行選擇具有理想的尺寸的粒子將被陷入到空腔中去，空腔的數(shù)目可以用這樣的方法選擇可以得到電極的理想的表面面積和接著可以得到反應(yīng)區(qū)域的理想的轉(zhuǎn)換能力。
一般地說，敞開的空腔具有允許在流體中不可溶的材料滲入其中的尺寸。從平均的觀點(diǎn)看，平均空腔尺寸必須和不可溶材料的平均粒子直徑具有同一數(shù)量級或者稍大一點(diǎn)。
空腔的尺寸，典型地說，其范圍在10-100微米之內(nèi)，因此可以得到下述結(jié)果流體可以通入和換句話說通過該空腔，同時(shí)在流體中不可溶材料被陷進(jìn)來，因而可以進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
在流體中不可溶材料的陷入例如可以用空腔的壁吸收不可溶材料的辦法產(chǎn)生，因此，那些具有比開孔尺寸小得多的特殊的粒子可以陷入并進(jìn)行轉(zhuǎn)換。
例如采用以彼此連續(xù)的形式來疊層幾種電極材料的辦法，使開孔尺寸連續(xù)或斷續(xù)的減小，也會影響陷入，用這樣的方法，不可溶材料雖然被陷入進(jìn)去，但是流體卻繼續(xù)流動。
對于來自柴油廢氣的煙灰粒子的電化學(xué)轉(zhuǎn)換來說，空腔尺寸處于1-50微米的范圍內(nèi)是理想的，更為理想的是1-10微米。
外部電路根據(jù)本發(fā)明，內(nèi)部電路通過工作電極和反電極連接到外部電流源上，因此允許在電流源和內(nèi)部電路之間交換電子。
電流源的例子對專業(yè)人員來說是熟知的電流源，例如，用這樣的方法進(jìn)行控制和穩(wěn)壓的電流源，即便是電流在寬限制值的范圍內(nèi)變化，該電流源也能夠提供預(yù)定的電壓并能夠保持電壓不變。
外部電路理想的是在電流源和內(nèi)部電路之間具有通過引線進(jìn)行電子交換的能力，但是電感性的交換也是可能的。
電流源可以是直流電流源或交流電流源。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在電流源和內(nèi)部電路間的電子交換在一個(gè)電流方向上發(fā)生，用這一現(xiàn)象可以使工作電極和反電極具有恒定的極性，并使得在所有的時(shí)間內(nèi)它們或者是用做陽極或者是用做陰極。因此，在兩個(gè)電極上可以發(fā)生不同的電化學(xué)反應(yīng)，且其條件可以優(yōu)化。
在另一實(shí)施方案中，在電流源和內(nèi)部電路之間的電子交換在交變的方向上發(fā)生，因此，工作電極和反電極以和電流源相同的頻率改變其極性，交變地用做陽極和陰極。電化學(xué)轉(zhuǎn)換因而將可以在兩個(gè)電極上發(fā)生，而且供在流體中不可溶材料的電化學(xué)轉(zhuǎn)換用的有效電極面積可以增加。在本實(shí)施方案中，工作電極和反電極相同是理想的。
當(dāng)利用交流電流源時(shí)，頻率典型地說是在1到1000Hz的范圍內(nèi)，理想的是從10到100Hz，以此，使得不可能存在隨著時(shí)間推移會降低電極效率的永久的改變或極化。
所施加的電壓差根據(jù)本發(fā)明，電壓差是通過外部電流源加到內(nèi)部電路上的，該電壓差對把在流體中不可溶的材料轉(zhuǎn)換成在流體中可溶的材料的電化學(xué)處理是足夠的。
根據(jù)本發(fā)明，’一個(gè)足夠的電壓差’意味著超過供理想的電化學(xué)反應(yīng)用的化學(xué)電位加上可能的過壓之和，該過壓對克服與供反應(yīng)用的活化能相對應(yīng)的極化電阻是必須的。
對于由工作電極，離子選擇性電解質(zhì)，和反電極的層化構(gòu)造構(gòu)成的內(nèi)部電路來說，電壓在1到25V是理想的，更為理想的是從1到5V。
對于由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路來說，電壓理想的是在5到500V的范圍內(nèi)，更為理想的是在10到100V的范圍內(nèi)。
電流取決于反應(yīng)區(qū)域的大小。該電流典型地說在1到1000mA/cm2的反應(yīng)區(qū)范圍內(nèi)，理想的是從10到100mA/cm2。
在流動著的流體中不可溶的材料在流動著的流體中不可溶的材料和流動著的流體的例子是一個(gè)或多個(gè)二相系統(tǒng)，在該系統(tǒng)中，一個(gè)相使流動著的流體具有氣體或液體的形式，另一個(gè)相則使材料在流動著的流體中具有不可溶的固體或液體的形式。
二相系統(tǒng)理想的是氣體中的液體，諸如空氣中油的霧和云之類，氣體中的固體，諸如由空氣中的含炭灰塵構(gòu)成的煙霧，或者它們的混合物；固體中的固體，諸如水中的含炭材料的懸浮物，和液體中的液體，諸如水中油的乳膠，或者它們的混合物。
在一個(gè)特定的實(shí)施方案中，在流體中不可溶的材料由煙灰構(gòu)成，流體則由來自一個(gè)內(nèi)燃機(jī)的排出氣體構(gòu)成。
在另一個(gè)特定的實(shí)施方案中，在流體中不可溶材料由油構(gòu)成，流體則由廢水構(gòu)成。
流體流體的例子是用做不可溶材料的惰性載體的流體，或者還整體地或部分地含有可以以電化學(xué)方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換的物質(zhì)，諸如氣態(tài)碳?xì)浠衔?例如來自內(nèi)燃機(jī)的未灼燒的碳?xì)浠衔?的流體。
溫度電化學(xué)反應(yīng)可在很寬的溫度范圍內(nèi)完成。一般情況下反應(yīng)速率隨著溫度的增加而增加，因此，高溫將是有好處的。但是許多電化學(xué)反應(yīng)已經(jīng)可以在室溫下以足夠的速率進(jìn)行。
當(dāng)作為離子選擇性電解質(zhì)使用陶瓷材料的氧離子時(shí)，電極材料的離子電導(dǎo)率將限制可用的溫度范圍。因此，離子電導(dǎo)率隨著溫度強(qiáng)烈地增加。這意味著對于例如以摻雜鈰氧化物為基礎(chǔ)的反應(yīng)爐來說將典型地是200℃，電導(dǎo)率在10-4和10-5s/cm之間。在大約800℃以上的溫度時(shí)，將導(dǎo)致一個(gè)使用做反應(yīng)爐的電路短路的巨大的電子電導(dǎo)率，因此使電化學(xué)轉(zhuǎn)換的效率強(qiáng)烈地減小。采用選擇其他種類的離子選擇性電解質(zhì)的辦法，則在較高或較低的溫度都是可能的。
壓力范圍在反應(yīng)爐中所用的壓力可以是在一個(gè)寬的范圍之內(nèi)。在實(shí)施方案中示出的轉(zhuǎn)換是在接近大氣壓的氣體或液體壓力下完成的。但是應(yīng)用更高或更低的壓力沒有任何障礙。
采用從來自柴油引擎的廢氣中除去煙灰粒子的辦法，內(nèi)部電路上的反壓應(yīng)當(dāng)不超過約30mbar，因?yàn)楦叩姆磯簩σ嫘阅軐胸?fù)面的影響。
啟動接上電壓，同時(shí)導(dǎo)入業(yè)已啟動了的流體，電化學(xué)轉(zhuǎn)換立即可以啟動。因此，沒有什么真正的啟動步驟的問題。但是，在某些情況下，直到反應(yīng)爐溫度已經(jīng)達(dá)到與流動著的流體相同的溫度之前，反應(yīng)爐的動作將達(dá)不到完整的程度。
供在流體中不可溶的材料用的電化學(xué)反應(yīng)爐在本發(fā)明的另一方面中，采用提供一個(gè)把在流體中不可溶的材料轉(zhuǎn)化為在流體中可溶材料的化學(xué)反應(yīng)爐的辦法實(shí)現(xiàn)了發(fā)明的目的，該反應(yīng)爐的特征是它具備一個(gè)具有供導(dǎo)入流體用的進(jìn)氣口的反應(yīng)室，和一個(gè)供排放已經(jīng)導(dǎo)入進(jìn)來的流體的排氣口，在該反應(yīng)室中有一個(gè)含有內(nèi)部電路的反應(yīng)部分，該部分由，或者在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案中由下述部分構(gòu)成(a)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)工作電極，該電化學(xué)處理把在流體中不可溶材料轉(zhuǎn)換成可溶材料，(b)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)反電極，該反電極平衡在工作電極上的電化學(xué)處理，(c)一種或多種離子選擇性電解質(zhì)，該電解質(zhì)在工作電極和在反電極的電化學(xué)處理之間選擇性地傳導(dǎo)一種或多種類型的離子，在該反應(yīng)部分中，已導(dǎo)入的不可溶材料被送到距工作電極的距離為電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)，使電化學(xué)處理得以進(jìn)行，和所述內(nèi)部電路通過工作電極和反電極被連接到一個(gè)外部電流源上，構(gòu)成該反應(yīng)爐的優(yōu)選實(shí)施方案在權(quán)利要求書中講述。
其它的優(yōu)點(diǎn)利用本發(fā)明的方法和反應(yīng)爐，相對于現(xiàn)有的方法和反應(yīng)爐還有許多其它的優(yōu)點(diǎn)。
例如用來從煙道氣體中除去煙灰粒子的反應(yīng)爐在溫度超過250℃時(shí)是自我凈化的，不需要向燃料或潤滑油中加入有潛在害處且抬高價(jià)格的添加劑，該反應(yīng)爐和流體中氮氧化物的含量無關(guān)地進(jìn)行工作。同樣，該反應(yīng)爐可以在煙灰粒子的煙灰含量和尺寸的很寬的限制范圍內(nèi)工作。此外，該反應(yīng)爐不需要為了更新而周期性地停止工作。過濾器中溫度比較固定。該溫度將僅僅隨著導(dǎo)入的煙道氣體的溫度而稍有變化，但是達(dá)不到高的由更新周期引起的潛在危害的程度。在反應(yīng)爐上的壓(力)降也是固定不變地低且不會因煙灰粒子的積累而增加。
用在導(dǎo)入煙道氣體的同時(shí)打開電流(源)的形式啟動電化學(xué)處理是另外的優(yōu)點(diǎn)。因此不需要為了使反應(yīng)爐工作而首先進(jìn)行預(yù)熱。
在反應(yīng)爐可以按時(shí)在空腔內(nèi)塞滿材料進(jìn)行轉(zhuǎn)換和取出流體的意義上說，該反應(yīng)爐是不需要進(jìn)行維護(hù)的。
可以把該反應(yīng)爐構(gòu)成為小型緊湊的反應(yīng)爐是另一優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)椴恍枰┮逊e累起來的煙灰用的空間和過濾器容積。這將導(dǎo)致較小的材料消耗，因而可以得到更便宜的反應(yīng)爐。反應(yīng)爐的物理尺寸越小，就越容易在現(xiàn)有的系統(tǒng)中把它放置到供煙道氣體用的排氣系統(tǒng)，例如，以柴油做動力的車輛的排氣系統(tǒng)中去。
可以對其它的已溶解到流體中的可以進(jìn)行電化學(xué)性轉(zhuǎn)換的物質(zhì)進(jìn)行轉(zhuǎn)換是另一優(yōu)點(diǎn)。
3、附圖的簡單說明下邊，參照附圖對本發(fā)明進(jìn)行更為詳細(xì)的說明。


圖1示出了本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)爐的實(shí)施方案的剖面圖。
圖2示出了在圖1中示出的虛線方框部分的放大圖。
圖3示出了在圖2中圓圈部分Ⅲ的電路的放大圖。
圖4,5和6示出了工作電極和離子選擇性電解質(zhì)的可供選擇的實(shí)施方案。
圖7示出了由多孔質(zhì)混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明。
圖8示出了圖7的內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明，其中，多孔質(zhì)混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料由多孔質(zhì)惰性載體攜帶。
圖9示出了用根據(jù)圖7的原理構(gòu)成的電化學(xué)反應(yīng)爐的掃描電子顯微鏡拍攝的顯微照片。
圖10示出了內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明，在該圖中，反應(yīng)爐部分用一種3層的層化構(gòu)造構(gòu)成，3層中的每一層都具有示于圖7的構(gòu)造。
圖11作為加到相當(dāng)于示于圖4的內(nèi)部電路上的直流電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。
圖12作為加到相當(dāng)于示于圖7的內(nèi)部電路上的直流電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。
圖13示出了等效于示于圖7的兩個(gè)內(nèi)部電路接觸用的銀引線的圖形。
圖14作為加到示于圖13的內(nèi)部電路之一上的AC電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。
圖15作為加到示于圖13的內(nèi)部電路之一上的AC電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。
4、發(fā)明的詳細(xì)說明圖1示出了本發(fā)明的電化學(xué)反應(yīng)爐的實(shí)施方案的剖面圖。
電化學(xué)反應(yīng)爐具備用金屬薄板之類制成的反應(yīng)室50。該反應(yīng)室具有一個(gè)用來導(dǎo)入含有在流體中不可溶的材料21的進(jìn)氣口20。該反應(yīng)室還具有一個(gè)用來排放含有轉(zhuǎn)換后材料的流體的排氣口40。
在反應(yīng)室中有一個(gè)內(nèi)部電路，該電路懸置為借助于絕緣懸膠53與反應(yīng)室電絕緣，該懸膠還同時(shí)阻止流體流動。內(nèi)部電路由工作電極12，反電極13，和離子選擇性電解質(zhì)11構(gòu)成，該離子選擇性電解質(zhì)具有在工作電極和反電極之間傳導(dǎo)離子的能力。
來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣和未灼燒的含炭材料主要地以煙灰粒子21的形式，在廢氣中通過進(jìn)氣口20(用上方的箭號表示)被送入反應(yīng)爐，然后，廢氣和被轉(zhuǎn)換后的材料通過排氣口40導(dǎo)出。
工作電極和反電極在已示出的實(shí)施方案中，工作電極12和反電極13是不同的，但是它們可以是完全相同的。
工作電極由0.05-1mm厚的具有許多微孔的多孔金屬層構(gòu)成，微孔的尺寸要確保足夠大的表面面積并允許具有理想尺寸的粒子通過。典型地說具有20-40微米的微孔尺寸和每cm2工作電極面積1000個(gè)微孔的微孔密度。
離子選擇性電解質(zhì)離子選擇性電解質(zhì)是一種20％釓氧化物摻雜的鈰氧化物的多孔固體氧離子導(dǎo)體，由Seattle Speciality Ceramics,Seattle,USA(現(xiàn)在叫PraxairSpeciality Ceramics)生產(chǎn)。該材料已在1550℃煅燒了3個(gè)小時(shí)，形成5-10微米大小的粒子，在1500℃加壓燒結(jié)之后，該粒子被形成為具有1-10微米大小的微孔。
在一個(gè)在這里沒有更詳細(xì)地說明的供選擇的實(shí)施方案中，離子選擇性電解質(zhì)是一種磺化全氟聚合物的固體氫離子導(dǎo)體，其商品名是Nafion,DuPont公司生產(chǎn)，微孔尺寸是1-10微米。
外部電流源在所示實(shí)施方案中，內(nèi)部電路通過引線301和302連接到電流源30上，該電流源可以是DC電流源，也可以是AC電流源。引線301和302通過穿過絕緣化饋送貫通孔51和52的反應(yīng)室室壁獲得。
在此公開的實(shí)施方案中，電流源是直流電流源，工作電極用做正的陽極，反電極用做負(fù)的陰極。如果電流源是交流電流源，工作電極和反電極在原理上將是完全相同的并且以和交流電流的頻率相應(yīng)的頻率交替地用做陽極和陰極。電化學(xué)反應(yīng)將和電流源是直流電流源時(shí)的電化學(xué)反應(yīng)是一樣的。
工作電極和反電極上的電壓差是這樣選擇的對于即將發(fā)生的理想的電化學(xué)處理具有足夠的活化能。對于一個(gè)電化學(xué)反應(yīng)爐來說，煙灰粒子的轉(zhuǎn)換，表現(xiàn)為層化構(gòu)造的煙道氣體中，一般說來電壓差高于1V，典型地說為5V，以得到滿意的轉(zhuǎn)換速率。
啟動和工作采用把煙道氣體導(dǎo)入進(jìn)氣口20，同時(shí)把5V的電壓加到工作電極12和反電極13上的辦法啟動反應(yīng)爐。反應(yīng)爐的溫度已預(yù)先達(dá)到了250-300℃，為了從一開始就得到盡可能高的轉(zhuǎn)化速率，即便這樣做自然也會是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
在工作中，連續(xù)地把煙道氣體送入進(jìn)氣口20。煙道氣體通過多孔工作電極中的開孔14送入，以此，使在流體氣體中不可溶的煙灰粒子，在工作電極和離子選擇性電解質(zhì)相互接觸的區(qū)域中被帶進(jìn)到距工作電極為電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)。在這一距離之內(nèi)，粒子和由離子選擇性電解質(zhì)送來的氧離子進(jìn)行反應(yīng)，過剩的電子則被傳送往工作電極。借助于參與具有一個(gè)或多個(gè)處理工序的一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理，煙灰粒子就被轉(zhuǎn)換成二氧化碳。
駐留時(shí)間和空腔尺寸為了得到煙灰粒子在反應(yīng)區(qū)域中的合適的駐留時(shí)間在離子選擇性電解質(zhì)中的空腔的尺寸這樣進(jìn)行選擇使得通過工作電極上的開孔送往電解質(zhì)的煙灰粒子得以適當(dāng)?shù)谋Ａ?。對于給定的粒子尺寸分布，采用以下述方法選擇工作電極上的空腔的個(gè)數(shù)和大小，使得在反應(yīng)區(qū)域中可以得到適當(dāng)大的表面面積，在該反應(yīng)區(qū)域中，煙灰粒子可以和工作電極交換電子，在該反應(yīng)區(qū)域中，它們可以和由離子選擇性電解質(zhì)提供的理想的離子進(jìn)行反應(yīng)。
為了能夠得到足夠的轉(zhuǎn)換速率，以串聯(lián)或并聯(lián)的方式建立更多的內(nèi)部電路將會是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。
在通過了內(nèi)部電路之后，不可溶的煙灰粒子就被轉(zhuǎn)換成和煙道氣體40一起離開反應(yīng)爐的二氧化碳。
工作電極的細(xì)節(jié)圖2示出了在圖1中示出的的虛線方框部分的放大圖。大小合適的煙灰粒子21滲入到工作電極12的微孔14中去，在那里它們被陷入到電解質(zhì)11中的更小的微孔14中。煙道氣體通過在工作電極和離子選擇性電解質(zhì)中的微孔在用箭號標(biāo)明的方向上無妨礙地送入。距工作電極為反應(yīng)距離之內(nèi)的煙灰粒子21借助于由離子選擇性電解質(zhì)11供給的氧離子在轉(zhuǎn)換成二氧化碳的條件下進(jìn)行轉(zhuǎn)換，二氧化碳借助于流動著的流體排出。
具有比工作電極上的微孔尺寸還大的尺寸的煙灰粒子不能滲入到工作電極，因此將不能進(jìn)行電化學(xué)轉(zhuǎn)換。
圖3示出了在圖2中圓圈部分Ⅲ的電路的放大圖。在與離子選擇性電解質(zhì)接觸的工作電極12的微孔14中有煙灰粒子21，因此，煙灰粒子21就被’捕獲’到敞開的空腔之內(nèi)，該空腔的敞開的邊界和煙道氣體互通。因此，采用和工作電極12交換電子，和電解質(zhì)11交換氧離子，和在空腔內(nèi)外與煙道氣體交換二氧化碳的辦法，煙灰粒子被實(shí)施電化學(xué)轉(zhuǎn)換。
如果在煙道氣體中氧含量很低，則可能要例如通過反應(yīng)室的側(cè)面通道(沒畫出來)添加額外的空氣。與此相似，還可以額外地添加在流體中原本就沒有足夠的量的水或其他的反應(yīng)物。
內(nèi)部電路的供選擇的實(shí)施方案圖4,5和6示出了工作電極和離子選擇性電解質(zhì)的可供選擇的實(shí)施方案。
圖4示出了一個(gè)實(shí)施方案，在該實(shí)施方案中工作電極12以及離子選擇性電解質(zhì)11具有供以微孔14和15的形式導(dǎo)入流體用的開孔，該開孔具有凹凸不平的邊界，代替示于圖2的比較直的通道。
圖5和6示出了2個(gè)工作電極和離子選擇性電解質(zhì)的可供選擇的實(shí)施方案，在該實(shí)施方案中，空腔的邊界分別是凹凸不平的和直的。
因此，在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以選擇最有利的空腔的構(gòu)成。
混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料圖7示出了由多孔質(zhì)混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明。
內(nèi)部電路由離子導(dǎo)電電解質(zhì)11的比較大的粒子和工作電極材料12及反電極材料13的比較小的粒子混合后的材料構(gòu)成，這些粒子在這里被畫成為完全相同。從原理上說，混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料起著一堆以串聯(lián)或并聯(lián)的形式進(jìn)行電連的小的電化學(xué)反應(yīng)爐的作用，在這些小的電化學(xué)反應(yīng)爐堆中供一個(gè)小反應(yīng)爐使用的工作電極粒子12在同一時(shí)間將用做供另一個(gè)小反應(yīng)爐使用的反電極粒子13。
煙灰粒子21被陷入到多孔構(gòu)造的空腔內(nèi)，就如在圖3的討論中所說明的那樣，在空腔內(nèi)對它們施行電化學(xué)式轉(zhuǎn)換。
煙道氣體和本身為電化學(xué)轉(zhuǎn)換的產(chǎn)物的轉(zhuǎn)換后的煙灰粒子可以通過混和構(gòu)造中的微孔傳送。
圖8示出了圖7的內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明，其中，多孔質(zhì)混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料被支持到一個(gè)具有通過它可以把流體送出的開孔或通道161的多孔質(zhì)惰性載體16上邊。該多孔質(zhì)載體材料允許流體傳送，同時(shí)它還收容不可溶材料21，用這種方式，在反應(yīng)爐的反應(yīng)部分中，可以把不可溶材料電化學(xué)式地轉(zhuǎn)換為可溶材料。
圖9示出了用根據(jù)圖7的原理構(gòu)成的電化學(xué)反應(yīng)爐的掃描電子顯微鏡拍攝的顯微照片。作為離子選擇性電解質(zhì)應(yīng)用了用20原子-％本身是氧離子導(dǎo)體的釓氧化物(CGO)摻雜的鈰氧化物，作為電極材料應(yīng)用用20原子-％鍶氧化物(LSM)摻雜的鑭水錳礦。
圖10示出了內(nèi)部電路的實(shí)施方案的圖解說明，在該圖中，反應(yīng)爐部分用一種3層的層化構(gòu)造構(gòu)成，3層中的每一層都具有示于圖7的構(gòu)造。在最低層17中，平均微孔尺寸是如此之小，使得不可溶材料的最小的粒子都被陷入且被轉(zhuǎn)換。中間層18具有稍大的微孔尺寸，允許最小的粒子21滲入該構(gòu)造，而較大的粒子則被陷入。最大的粒子在上層19中被轉(zhuǎn)換，上層19具有大的微孔尺寸。
這樣一種層化構(gòu)造可以用在各種層中具有不同的粒子尺寸的未加工粉末構(gòu)成。當(dāng)在未加工粉末中選中了較大粒子尺寸時(shí)，在最后的構(gòu)造中微孔尺寸就比較大。
內(nèi)部電路的層化構(gòu)造可以小于或大于3層。
5、實(shí)施例實(shí)施例1具有被構(gòu)成為工作電極，離子選擇性電解質(zhì)和反電極的分層構(gòu)造內(nèi)部電路的電化學(xué)反應(yīng)爐為闡明本發(fā)明，由用20原子-％釓氧化物(以下，叫做CGO)摻雜的鈰氧化物制成的離子選擇性電解質(zhì)，該CGO由Seattle SpecialtyCeramics,Seattle,USA(現(xiàn)在叫Praxair Specialty Ceramics)生產(chǎn)。粉末的尺寸可以用在1550℃熱處理3個(gè)小時(shí)的辦法進(jìn)行調(diào)整，以此，得到平均粒子尺寸為5-10微米的粉末。粒子尺寸的測定用電子顯微鏡進(jìn)行。粉末在100MPa的壓力下被加壓制成厚度為1.5mm的平板并在1500℃燒結(jié)一個(gè)小時(shí)。用這樣的方法得到的多孔質(zhì)離子選擇性電解質(zhì)是由用刷子涂抹上鉑膏的多孔質(zhì)鉑電極提供的。上述鉑膏由Degussa,Germany(德國)提供，商標(biāo)名為DemetronM8005。之后，電極與離子選擇性電解質(zhì)一起在800℃燒結(jié)一個(gè)小時(shí)。電極和離子選擇性電解質(zhì)的微孔尺寸都是0.5-5微米。
這樣構(gòu)成的內(nèi)部電路在電極上具有引線，連接到實(shí)驗(yàn)室的商標(biāo)為Danica TPS 23A,+/-30V,2A，經(jīng)過穩(wěn)壓的電流源上。
然后，整個(gè)裝置被放到爐子中去并加熱到大約300℃，氣流為在氮?dú)庵杏?0％的氧，在其中已經(jīng)加入了碳黑，碳黑的種類為PrintexL，由Degussa,Germany供貨。
圖11作為加到相當(dāng)于示于圖4的內(nèi)部電路上的直流電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。多孔質(zhì)層化構(gòu)造相當(dāng)于示于圖4的構(gòu)造。
圖中的數(shù)據(jù)是在相當(dāng)于圖1中的出氣口40的出氣口氣流中(爐溫300℃)用質(zhì)譜儀測定的。
采用把爐溫降低到250℃的辦法，炭的轉(zhuǎn)換速率被減小大約15％。
采用使用頻率范圍為0到400Hz的交流電流的辦法，已經(jīng)檢測到當(dāng)頻率增加時(shí)在轉(zhuǎn)換速率上有一點(diǎn)不明顯的增加。在頻率范圍從0Hz(DC)到大約20Hz時(shí)增加是最高的，然后轉(zhuǎn)換速率幾乎恒定不變。
實(shí)施例2具有由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路的電化學(xué)反應(yīng)爐用在實(shí)施例1在所說的那種方法生產(chǎn)的加熱處理后的CGO粉末和同樣地加熱處理后的用由Seattle Specialty Ceramics,Seattle,USA(現(xiàn)在叫Praxair Specialty Ceramics)生產(chǎn)的用20原子-％鍶摻雜的鑭水錳礦(以下，叫做LSM)制成的粉末(已經(jīng)在1200℃加熱處理3個(gè)小時(shí))進(jìn)行混合。含有相當(dāng)于大約6體積％的6.5重量％的LSM粉末混合物的被用100MPa的壓力壓到一個(gè)平板上并在800℃燒結(jié)一個(gè)小時(shí)。在燒結(jié)后，在燒結(jié)后的材料上的微孔尺寸0.4-4微米。
該平板被設(shè)置到在實(shí)施例1中說過的相同的爐子內(nèi)，但是沒有相當(dāng)于圖1中所示內(nèi)部電路的鉑電極。
作為所使用的電流源利用改進(jìn)的頻率變換器(商標(biāo)名為Lenze,Leomotor公司，Denmark(丹麥))，借助于該電流源給內(nèi)部電路加上1-400V的電壓，頻率0.1-400Hz可變，功率輸出為750W。
圖12作為加到相當(dāng)于示于圖7的內(nèi)部電路上的直流電壓的函數(shù)，示出了二氧化碳產(chǎn)生的測定結(jié)果。
就如所期望的那樣，在遍及由多孔質(zhì)混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路的范圍內(nèi)，需要一個(gè)比遍及實(shí)施例1那樣由夾在工作電極和反電極之間的離子選擇性電解質(zhì)材料構(gòu)成的內(nèi)部電路范圍內(nèi)的電壓電平高得多的電壓電平。
此外，反應(yīng)速率也是更高的，因?yàn)檫M(jìn)行反應(yīng)的有效表面面積大得多。但是在所用的0-400Hz的頻率范圍內(nèi)，已經(jīng)檢測到當(dāng)頻率增加時(shí)在轉(zhuǎn)換速率上有一點(diǎn)不明顯的增加。在頻率范圍從0到大約20Hz時(shí)增加是最高的，然后轉(zhuǎn)換速率幾乎恒定不變。
從實(shí)施例1和實(shí)施例2中都可以看出，在轉(zhuǎn)換速率上的增加將使在內(nèi)部電路中所要求的電流有所增加。當(dāng)已加入的炭完全灼燒了的時(shí)候電流急劇地減小。
實(shí)施例3在惰性載體上的CGO和LSM粉末的多孔質(zhì)混合物象在實(shí)施例2中所說的那樣制作CGO粉末和SLM粉末的混合物。該混合物在使了用一種分配劑(KD-4,ICI公司生產(chǎn))的乙醇中進(jìn)行分配，之后，把它淀積到一種非編織石英光纖惰性載體上。然后，淀積后的粉末混合物和載體在800℃燒結(jié)2個(gè)小時(shí)，如在實(shí)施例1中所述，把兩者放到爐子中去。
對于把炭用做在實(shí)施例2中所述的那樣制作的內(nèi)部電路的轉(zhuǎn)換得到了同樣的結(jié)果。
實(shí)施例4具有由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成的內(nèi)部電路的電化學(xué)反應(yīng)爐在本實(shí)施例中，用10原子％釓氧化物摻雜的鈰氧化物(以下，叫做CGO-10)(由Seattle Specialty Ceramics,Seattle,USA(現(xiàn)在叫Praxair SpecialtyCeramics)生產(chǎn))被用做氧化物離子導(dǎo)電電解質(zhì)材料。CGO-10粉末在1500℃加熱處理3個(gè)小時(shí)以調(diào)整粒子尺寸。CGO-10粉末和相當(dāng)于4.5體積％的5重量％LSM粉末進(jìn)行混合，就象在實(shí)施例2中所說的那樣。
兩個(gè)由混合物構(gòu)成的厚度為3mm的平板在65MPa的壓力下加壓并在950℃燒結(jié)3小時(shí)。
燒結(jié)后的平板被形成為具有供電流引線用的接觸，就如圖13所示，在引線的表面上用銀膏(Demetron,Leitsilber 200,Prod.No.62000007)涂敷。
在第1個(gè)平板201上，在彼此相對的邊沿上放置銀引線203。
在第2個(gè)平板202上，銀引線204被放置到斷斷續(xù)續(xù)的圖形上，該圖形提供比供第1個(gè)平板201用的電流路徑短得多的電流路徑。
銀引線與連接到一個(gè)固定為50Hz，從2到50V可變的AC電流源(RKT-2,IMPO electronic A/S,Odense,Denmark)上的導(dǎo)線接觸。
該平板就如在實(shí)施例2中所述的那樣，逐一在爐子內(nèi)進(jìn)行了試驗(yàn)。
從柴油引擎的排氣系統(tǒng)中收集到的煙灰通過反應(yīng)爐加到氣流中去。
通過在傅立葉紅外譜儀中的一個(gè)氣流單元采用從反應(yīng)爐中引出廢氣的辦法來監(jiān)視評價(jià)物CO2。
圖14示出了在第1平板201上施加50Hz AC電壓時(shí)二氧化碳的產(chǎn)生?？梢钥闯龆趸嫉漠a(chǎn)生在大約150V的閾值電壓處急劇增加。
圖15作為加到第2個(gè)平板202上的50Hz AC電壓的函數(shù)示出了二氧化碳的產(chǎn)生?？梢钥吹?，在大約35V，即在低于供平板201用的閾值電壓下，二氧化碳的產(chǎn)生陡峻地增加，對應(yīng)于由斷斷續(xù)續(xù)的銀引線圖形提供的較短的電流路徑。
實(shí)施例5供純化廢水中的油用的電化學(xué)反應(yīng)爐構(gòu)成一個(gè)具有一個(gè)內(nèi)部電路的電化學(xué)反應(yīng)爐，該內(nèi)部電路具備氫離子選擇性電解質(zhì)全氟化磺酸鹽膜，(Nafion,DuPont公司)。該電解質(zhì)具有多孔質(zhì)電極，該電極用鉑膏進(jìn)行涂敷，如在實(shí)施例1在所述的那樣。
就象在實(shí)施例1中所述的那樣，給反應(yīng)爐加上電壓。
通過反應(yīng)爐，導(dǎo)入在水中1％的油的分散度，流動著的水和反應(yīng)爐在爐子中被加熱到約90℃，用以增加反應(yīng)速率。水可以送入反應(yīng)爐，而油的微滴卻被陷入并被電化學(xué)轉(zhuǎn)換為二氧化碳。
假定轉(zhuǎn)換按下列反應(yīng)方程式進(jìn)行陽極陰極合計(jì)實(shí)施例6工作中的能耗為了示例工作中本發(fā)明反應(yīng)爐的能耗，主要部分是柴油引擎，它連續(xù)地提供180kW并典型地說每kWh產(chǎn)生0.3g煙灰，相當(dāng)于0.015g/s的煙灰生產(chǎn)量m。假定把這一煙灰量的總的電化學(xué)轉(zhuǎn)換作為純炭，則在轉(zhuǎn)換中應(yīng)用Faraday(法拉第)常數(shù)F的量和電極數(shù)目n，將相當(dāng)于下列計(jì)算后的通過反應(yīng)爐的電流I=n*m*F/Mc=4*0.015*96500/12=483A其中Mc是炭的原子重量。
在3V的電壓下，這相當(dāng)于大約1.5kW，小于功率輸出的1％。
權(quán)利要求
1.一種把在流體中不可溶的材料(21)電化學(xué)轉(zhuǎn)換成在流體中可溶的材料的方法，該方法具備(a)把流體流導(dǎo)入到具有內(nèi)部電路的反應(yīng)區(qū)域，該內(nèi)部電路包括(ⅰ)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)工作電極(12)，該處理把在流體中不可溶材料轉(zhuǎn)換成可溶材料，(ⅱ)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)在所述電極上的電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)在所述電極上的電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)反電極(13)，該反電極平衡在工作電極上的電化學(xué)處理，以及(ⅲ)一種或多種離子選擇性電解質(zhì)(11)，該電解質(zhì)在工作電極和反電極的電化學(xué)處理之間選擇性地傳導(dǎo)一種或多種類型的離子，在該反應(yīng)區(qū)域中已導(dǎo)入的不可溶材料被送到距工作電極的距離為電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)，以使電化學(xué)處理得以進(jìn)行，和所述內(nèi)部電路通過工作電極和反電極被連接到一個(gè)外部電流源(30)上，(b)通過外部電流源，該內(nèi)部電路施加有一個(gè)電壓差，該電壓差對于把在流體中不可溶的材料轉(zhuǎn)換成在流體中可溶的材料的電化學(xué)處理是足夠的，(c)在流體中可溶的材料借助于流動著的流體(40)被引導(dǎo)到遠(yuǎn)離反應(yīng)區(qū)域的地方。
2.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是反應(yīng)區(qū)域由一個(gè)或多個(gè)空腔構(gòu)成，該空腔由一個(gè)或多個(gè)閉合的邊界(11,12,13)和一個(gè)或多個(gè)與流體互通的開口(14,15)構(gòu)成。
3.權(quán)利要求2所述的方法，其特征是空腔的閉合邊界由一個(gè)或多個(gè)電極材料(12,13)，一個(gè)或多個(gè)離子選擇性電解質(zhì)(11)，或它們的混合物構(gòu)成。
4.權(quán)利要求2所述的方法，其特征是空腔的閉合邊界由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成。
5.權(quán)利要求2-4所述的方法，其特征是空腔的尺寸為10-100微米。
6.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是電化學(xué)處理是從氧化，還原或其組合的電極處理中選出來的。
7.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是內(nèi)部電路通過工作電極和反電極與外部電流源的連接在一個(gè)方向上提供電子流。
8.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是內(nèi)部電路通過工作電極和反電極與外部電流源的連接在交變電流方向上提供電子流。
9.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是流體包括氧。
10.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是流體包括水。
11.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在流體中不可溶的材料和流體由一種或多種2相系統(tǒng)構(gòu)成，在該系統(tǒng)中，一個(gè)相以氣體或液體的形式構(gòu)成流體，在該系統(tǒng)中第二個(gè)相以在流體中不可溶的固體或液體的形式用一種材料構(gòu)成。
12.權(quán)利要求11所述的方法，其特征是二相系統(tǒng)是從諸如空氣中油的霧和云之類氣體中的液體，諸如由空氣中的含炭灰塵構(gòu)成的煙霧之類的氣體中的固體，或者它們的混合物；諸如水中的含炭材料的懸浮物之類的液體中的固體，和諸如水中油的乳膠之類的液體中的液體，或者它們的混合物。
13.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在流體中不可溶的材料由煙灰構(gòu)成，流體由來自內(nèi)燃機(jī)的廢氣構(gòu)成。
14.權(quán)利要求1所述的方法，其特征是在流體中不可溶的材料由油構(gòu)成，流體由廢水構(gòu)成。
15.一種供把在流體中不可溶的材料(21)轉(zhuǎn)換為在流體中可溶材料的化學(xué)反應(yīng)爐，該反應(yīng)爐具備一個(gè)具有供導(dǎo)入流體用的進(jìn)氣口(20)和一個(gè)供排放已經(jīng)導(dǎo)入進(jìn)來的流體的排氣口(40)的反應(yīng)室(50)，在該反應(yīng)室中有一個(gè)含有內(nèi)部電路的反應(yīng)部分，該部分由下述部分構(gòu)成(a)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)工作電極(12)，該電化學(xué)處理把在流體中不可溶材料轉(zhuǎn)換成可溶的材料，(b)能夠傳送電子到一個(gè)或多個(gè)在所述電極上的電化學(xué)處理中去和/或從一個(gè)或多個(gè)在所述電極上的電化學(xué)處理送來電子的一個(gè)或多個(gè)反電極(13)，該反電極平衡在工作電極上的電化學(xué)處理，以及(c)一種或多種離子選擇性電解質(zhì)(11)，該電解質(zhì)在工作電極和反電極的電化學(xué)處理之間選擇性地傳導(dǎo)一種或多種類型的離子，在該反應(yīng)部分中，已導(dǎo)入的不可溶材料可以被送到距工作電極的距離為電化學(xué)反應(yīng)距離之內(nèi)，使電化學(xué)處理得以進(jìn)行，和所述內(nèi)部電路通過工作電極和反電極被連接到一個(gè)外部電流源(30)上。
16.權(quán)利要求15所述的反應(yīng)爐，其特征是反應(yīng)部分由一個(gè)或多個(gè)空腔(13)構(gòu)成，該空腔由一個(gè)或多個(gè)閉合的邊界(11,12,13)和一個(gè)或多個(gè)與流體連接的開口(14,15)構(gòu)成。
17.權(quán)利要求16所述的反應(yīng)爐，其特征是空腔的閉合邊界由一個(gè)或多個(gè)電極材料(12,13)，一個(gè)或多個(gè)離子選擇性電解質(zhì)(11)，或它們的混合物構(gòu)成。
18.權(quán)利要求16所述的反應(yīng)爐，其特征是空腔的閉合邊界由混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料構(gòu)成。
19.權(quán)利要求16-18所述的反應(yīng)爐，其特征是空腔的尺寸為10-100微米。
20.權(quán)利要求15-19所述的反應(yīng)爐，其特征是電流源是直流電流源。
21.權(quán)利要求15-19所述的反應(yīng)爐，其特征是電流源是交流電流源。
22.一種在應(yīng)用權(quán)利要求1-14的方法時(shí)所用的，或者權(quán)利要求15-21所述的電化學(xué)反應(yīng)爐中所用的離子選擇性電解質(zhì)，其特征是它由固態(tài)離子導(dǎo)體構(gòu)成。
23.權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體是氧離子導(dǎo)電型導(dǎo)體。
24.權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體由用釓氧化物(Gd2O3)摻雜的二氧化鈰(CeO2)，用釔氧化物(Y2O3)摻雜的二氧化鋯(ZrO2)，或他們的組合構(gòu)成。
25.權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體是氫離子導(dǎo)電型導(dǎo)體。
26.權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體由β″-氧化鋁構(gòu)成。
27.權(quán)利要求22所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體由磺化全氟聚合物構(gòu)成。
28.權(quán)利要求22-27所述的電解質(zhì)，其特征是固態(tài)離子導(dǎo)體具有尺寸為10-100微米的敞開的空腔。
29.一種在實(shí)施權(quán)利要求1-14的方法時(shí)，或者在本發(fā)明的權(quán)利要求15-21所述的電化學(xué)反應(yīng)爐中用做工作電極或反電極的電極，其特征是該電極由從金屬或陶瓷材料中選出來的導(dǎo)電材料構(gòu)成。
30.權(quán)利要求29所述的電極，其特征是該電極具有尺寸為10-100微米的空腔。
31.權(quán)利要求29-30所述的電極，其特征是導(dǎo)電材料是用鍶摻雜的鑭水錳礦。
32.一種在實(shí)施權(quán)利要求1-14的方法時(shí)，或者在本發(fā)明的權(quán)利要求15-21所述的電化學(xué)反應(yīng)爐中用做內(nèi)部電路的混合后的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料，其特征是用下述方法生產(chǎn)，該方法為使具有晶粒尺寸為10-100微米的粒子的離子選擇性電解質(zhì)材料與具有尺寸為1-10微米的粒子的電極材料按照比例進(jìn)行混合，使得電極材料粒子基本上被淀積到離子選擇性電解質(zhì)材料粒子的表面上而不互相接觸，以得到混合后的材料的電導(dǎo)率，該電導(dǎo)率的幅度的量級和離子選擇性電解質(zhì)的電導(dǎo)率的幅度的量級相同。
33.權(quán)利要求32所述的材料，其特征是該材料含有小于20vol.-％的電極材料，理想的是含有3-15vol.-％的電極材料。
34.權(quán)利要求32或33所述的材料，其特征是混合后的材料具有尺寸為10-100微米的敞開的空腔。
35.權(quán)利要求32所述的材料，其特征是在其一個(gè)擴(kuò)展方向上該材料具有100-10微米的減小化的微孔尺寸。
36.權(quán)利要求15-21所述的電化學(xué)反應(yīng)爐的應(yīng)用，權(quán)利要求22-28所述的離子選擇性電解質(zhì)的應(yīng)用，權(quán)利要求29-31所述的電極的應(yīng)用，和權(quán)利要求32-35所述的混合的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料的應(yīng)用，這些應(yīng)用的目的是從煙道氣體中除去煙灰粒子。
37.權(quán)利要求15-21所述的電化學(xué)反應(yīng)爐的應(yīng)用，權(quán)利要求22-28所述的離子選擇性電解質(zhì)的應(yīng)用，權(quán)利要求29-31所述的電極的應(yīng)用，和權(quán)利要求32-35所述的混合的離子選擇性電解質(zhì)和電極材料的應(yīng)用，這些應(yīng)用的目的是從廢水中除去油。
全文摘要
一種用于將流體中不可溶的材料(21)電化學(xué)轉(zhuǎn)換為在流體中可溶材料的方法和反應(yīng)爐,該方法具備:把流體流導(dǎo)入到具有內(nèi)部電路的反應(yīng)區(qū)域,該內(nèi)部電路包括:一個(gè)或多個(gè)工作電極(12),一個(gè)或多個(gè)反電極(13),一種或多種離子選擇性電解質(zhì)(13),而且該內(nèi)部電路被加上一個(gè)足夠供電化學(xué)處理用的電壓差;它們的應(yīng)用是為了從煙道氣體中除去煙灰粒子,從廢水中除去油。
文檔編號B01D17/04GK1219139SQ97194824
公開日1999年6月9日 申請日期1997年5月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年5月20日
發(fā)明者亨里克·克里斯藤森 申請人:迪奈克斯公司