Brevet FR2388597A1 — publié le 19781124

L'invention concerne des cellules électrolytiques. Conformément à l'invention, la présence d'un séparateur entre les compartiments anodiques et cathodiques -a été rendue inutile. Il est mis en évidence que le séparateur poreux, contrairement à# ce que montre la pratique courante, peut être avantageusement supprimé,# ce qui autorise la circulation d'une électrode dispersée dans ltensemble de la cellule électrolytique, et permet de supprimer les inconvénients qui résultent de la présence d'un séparateur. L'électrode dispersée est formée par une suspension, dans l'électrolyte, de particules conductrices. Diverses dispositions de l'ensemble des éléments de la cellule sont proposées et notamment en ce qui concerne la circulation de l'électrode dispersée par rapport aux électrodes fixes. Un tel procédé est utilisable pour toute cellule électrolytique, d'une manière générale pour toutes réactions d'oxydation ou de réduction et en particulier pour des réactions- de synthèse, ou de destruction ou élimination de composés toxiques ou polluants contenus dans les effluents. L'invention concerne les techniques qui mettent en oeuvre des réactions électrochimique . Elles concerne plus précisément la conception d'une cellule d'électrolyse pour la mise en oeuvre des réactions d'oxydo-réduction. Elle est susceptible de recevoir des applications aussi variées que le sont les nombreux usages des réactions électrochimiques, dans des industries diverses. Cependant, on se référera plus particulièrement dans ce qui suit à deux types d'applications privilégiées de l'ensemble selon l'invention que constituent les électrolyseurs destinés à la transformation des produits de base d'une synthèse électrochimique, et ceux utilisés pour l'élimination de composés toxiques ou polluants contenu#s dans les effluents. La présente invention concerne un procédé d'électrolyse, résultant de l'observation faite que les réactions inverses se pro#duisant au niveau des électrodes de chaque polarité, s1 effectuent souvent à des cinétiques différen- tes, ceci étant applicable d'une manière générale à toutes réactions d'oxydation ou de réduction et autorisant la suppression du compartimentage de la cellule. Jusqu'à présent le souci dldviter que celle des deux réactions inverses que l'on ne désire pas voir se produire n'anihile celle qui est recherchée, a conduit à séparer les électrodes par un diaphragme qui compartimente le bain électrolytique. Il est de pratique courante que les opérations d'électrolyse s'ef féctuent dans des électrolyseurs divisés en deux ou plusieurs compartiments, contenant respectivement chacune des électrodes de polarités opposées baignant dans un électrolyte, par un séparateur qui doit oestre à la fois suffisamment poreux pour être perméable aux ions qui assurent le passage du courant électrique d'un compartiment à l'autre, mais cependant capable dfopposer une barrière efficace aux réactifs ou produits des réactions électrochimiques formés dans chaque compartiment. Cependant, un tel séparateur présente un certain nombre d'inconvénients en particulier, et du fait de sa seule présence, le séparateur provoque une chute ohmique entre les électrodes, d'autant plus importante que l'électroly seur fonctionne à de plus fortes densités de courant. L'invention a pour objectif de pallier ces inconvénients par la suppression du diaphragme poreux. La suppression du séparateur autorise l'utilisation d'une électrode dispersée circulant dans l'ensemble de l'électrolyte etapouvant par conséquent se trouver au contact tant de la cathode que de l'anode fixes. La polarité de l'électrode dispersée peut cependant être considérée comme unique et déter- minée, dans les faits, par le sens de la réaction dont la cinétique est la plus rapide. La présence d'une telle électrode dispersde~~a pour objet d'améliorer les rendements de l'opération. Le procédé, objet du présent brevet, s'applique à tous les cas où chacun des constituants en solution se caractérise par des propriétés d'oxydo-réduction, telles que l'une des deux réactions, oxydation ou réduction, se produit avecsune cinétique plus rapide que l'autre. En pareil cas, la solution électrolytique peut être mise en contact simultanément avec les électrodes positives et les électrodes négatives sans pour autant qu'il y ait à craindre que les réactions qui se produisent aux électrodes d'une polarité soient anihilées par celles se produisant aux électrodes de polarité inverse. Pour chacun des composés à transformer ou à éliminer, une seule réaction (soit une oxydation à l'électrode positive, soit une réduction à l'électrode négative) est en mesure de se produire avec une cinétique appréciable.Cet effet pourra être avantageusement amplifié, éventuellement, par le choix judicieux des surfaces relatives des électrodes de polarités opposées. Un tel procédé est de nature à être utilisé de façon particulièrement avantageuse, soit dans le cadre d'opérations d'électrosynthèse, soit pour le trai temenos d'effluents. Sa mise en oeuvre, ne nécessitant pas 1' interposition, entre les électrodes, de séparateur interdisant aux produits réactionnels cathodiques d'entrer en contact avec l'anode et inversement, le procédé proposé conduit à une simplification de conception et de fonctionnement des cellules d'électrolyse. Ceci les rend, notamment, particulièrement aptes au traitement des effluents industriels dans leur circuit mheme d'évacuation. On s'attachera, à titre d'exemple non limitatif d'application du procédé objet du présent brevet, à mettre en évidence les avantages de celui-ci par rapport aux méthodes et dispositifs habituels de traitement d'effluent, et à en décrire un schéma de principe n1 ayant aucun caractère restrictif. Dans la pratique habituelle, le traitement. des effluents nécessite soit une élimination physique des composés toxiques ou polluants, soit leur transformation chimique de façon à les rendre inoffensifs. Dans le premier cas, il est fait appel soit à des résines échangeuses d'ions, soit à du charbon actif. Dans le second cas, on utilise des produits chimiques à effets oxydant ou réducteur, destinés à transformer les polluants en corps facilement réú- pérables et séparables. Ces deux types de traitement prdsentent un certain nombre d'inconvénients parmi lesquels - un prix de revient élevé-- du fait de l'utilisation de produits comateux et d'importantes installations-, - la nécessité d'une maintenance. permanente des installations par un personnel compétent, - une réponse toujours imparfafte au ptoblbme de fonctionnement en continu, - un rendement énergétique faible,- - une durée de traitement susceptible de provoquer un ralentissement du rythme de fonctionnement de l'unité dw production. La présente Invention permet, dana les cas de son application au traitement des effluents, de pallier ces inQonvéPients par l'installation d'un dispositif électrocnimique qu'il est possible itadapter directement sur le circuit d'évacuation de# reaetS polluants. la figure unique propose un schéma d'application non limitative du procédé au traitement des effluents. La cuve d'électrolyse (I)- est directement alimentée par le circuit d'évacuation des effluents en (2). Les cathodes et anodes (3) et (4) peuvent, notamment, comme d'ailleurs darus le cas d'une cuve électrolytique destinée à des opérations de synthèse électrochimique, y être disposées des deux façons suivantes - soit de part et d'autre de la cuve, et pouvant par exemple constituer les parois mames de la canalisation,- la suspension constituée par l'électrolyte et 11 électrode dispersée circulant entre elles ; - soit de façon transversale au passage de lteffluent, auquel cas les électrodes fixes doivent être fruchies par la suspension ; les électrodes fixes peuvent dans ce cas se présenter sous divers aspects et notamment : des plaques percées de trous par lesquels s'effectue la migration obligatoire de la suspension ; des grilles traversées de la mAeme manière ; un réseau de fils ou lamelles, tubes ou plaques. L'effluent purifié quitte le dispositif en (5), après passage à travers un filtre (6) pouvant betre notamment un filtre rotatif qui permet la récupération des particules de l'électrode dispersée en (7) en vue de leur réutilisation ; leur réintroduction dans le circuit est réglée au moyen d'une pompe (8). Naturellement, et comme il résulte d'ailleurs très largement de ce qui précède, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation particuliers qui ont été décrits à titre d'exemple. En particulier, elle s'étend à l'application de tout autre procédé permettant de réaliser une réaction d'électrolyse en l'absence de séparateur entre les compartiments anodiques et cathodiques. En définitive, l'invention ne se limite pas aux exemples qui viennent d'neutre donnés, mais en embrasse toutes les variantes. REVENDICATIONS I- Procédé d'électrolyse destiné à transformer des composés en solution dans l'électrolyte en composés également solubles dans cet électrolyte, caractérisé par le fait que la solution électrolytique circule simultanément au contact des électrodes de polarités opposées sans qu'aucun séparateur ne soit disposé entre les dites électrodes de polarités opposées. 2- Procédé d'électrolyse selon la revendication I, caractérisé en ce que l'é- lectrolyte peut être le véhicule d'une électrode dispersée libre de circuler dans ltensemble de la cellule électrolytique et dont la polarité est déterminée par les cinétiques relatives des réactions se produisant au niveau de chacune des électrodes. 3- Procédé d'électrolyse selon la revendication #,-- caractérisé en ce que lté- lectrolyte traverse des électrodes fixes, soit percées de trous, soit se présentant sous l'aspect de grille, soit se présentant sous l'aspect d'un réseau de fils, tubes, plaques ou lamelles. 4- Procédé d'électrolyse selon la revendication I, caractérisé en ce que lté- lectrolyte circule entre des électrodes fixes placées longitudinalement à la direction de son déplacement. 5- Procédé d'électrolyse selon la revendication I, caractérisé en ce que l'électrolyte circule entre des électrodes fixes constituant des parties des parois des canalisations. 6- Procédé d'électrolyse# selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que la suspension constituée par ltélectrolyte et l'électrode dispersée traverse des électrodes fixes disposées transversalement à son passage et qui peuvent se présenter soit percées de trous, soit sous l'aspect de grille, soit sous celui d'un réseau de fils, tubes, lamelles ou plaques. 7- Procédé d'électrolyse selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que la suspension constituée par l'électrolyte et l'électrode dispersée circule entre des électrodes fixes placées longitudinalement à son passage. 8- Procédé d'électrolyse selon les revendications I et 2, caractérisé en ce que la suspension constituée par l'électrolyte et l'électrode dispersée circule entre des électrodes fixes constituant des parties des parois des cana listions 9- Procédé d'électrolyse selon les revendications I à 8, caractérisé en ce que la différence de cinétiques entre les deux réactions inverses d'électrolyse peut être accrue par un choix judicieux des surfaces etlou des dispositions respectives des électrodes de polarités opposées. IO- Procédé d'électrolyse selon les revendications I, 3 et/ou 4 et/ou 5, et 9, caractérisé en ce qu'il peut autre utilisé en l'absence d'une suspension d'électrode dispersée.