Brevet FR2490683A1 — publié le 19820326

La présente invention se rapporte à un perfectionnement aux réacteurs électrochimiques. Les réacteurs électrochimiques sont utilisés pour les réactions mettant en jeu le phénomène d'électrolyse, ils sont utilisés pour changer le degré d'oxydation d'un élément en restant en solution, pour effectuer des dépôt métalliques à partir de solutions diluées et des oxydations anodiques d'effluents contenant des polluants organiques, des oxydations et réductions en électrosynthèse organique. Avec des réacteurs électrochimiques classiques les densités de courant obtenues sont peu élevées, rendant de ce fait l'exploitation du réacteur peu économique. Pour l'électrolyse de solutions diluées en particulier, il était nécessaire avec les réacteurs de la technique antérieure, d'augmenter le débit de l'électrolyte pour obtenir des densités de courant industrielles -c'est-à-dire au moins égales à environ 2 000 A/m2-, ce qui était difficilement réalisable technologiquement. La présente invention vise en général à augmenter la productivité volumique des réacteurs électrochimiques, un objet particulier en étant de permettre l'électrolyse de solutions diluées avec des densités de courant élevées tout en travaillant à faible débit. Le réacteur électrochimique de l'invention comprend une électrode.constituée par plusieurs grilles en métal déployé sensiblement parallèles entre elles, caractérisé par le fait que chacune des grilles est séparée de la suivante par une distance comprise entre environ 0,1 et 30 mm, de préférence entre 0,5 et 5 mm, de telle sorte qu'au sein de l'électrolyte les grilles soient électrochimiquement isolées les unes des autres. La contre électrode est soit du même type, soit une plaque, soit une grille en matériau conducteur résistant à la corrosion tel le plomb, le platine ou le graphite. Dans la Figure annexée représentant schématiquement l'arrangement des grilles d'électrode du réacteur électrochimique de l'invention, les grilles 1 en métal déployé sont séparées l'une de l'autre d'une distance d, comprise entre 0,1 et 30 mm, le courant est distribué sur chacune des grilles par les deux bords verticaux au moyen des amenées de courant 2. Le courant circule dans la direction transversale x, ltelec- trolyte circulant dans la direction longitudinale y. En pratique chaque grille est montée à l'intérieur d'un cadre en matériau conducteur, de marnière à ménager un canal d'entrée et un canal de sortie pourlte'leSzclyte,chaque cadre étant isolé du cadre voisin par un joint isolant électrique d'une épaisseur comprise entre 0,1 et 30 mm. Le compartiment comportant l'électrode multiple de l'invention est réalisé en un matériau plastique tel le PVC, le polypropylene, le plexiglass ou tout autre matériau isolant. Il est séparé de l'autre compartiment par un diaphragme microporeux ou une membrane échangeuse d'ions. Selon un mode de realisation de l'invention (non représenté), chacune des grilles de ltélectrode multiple duréacteur électrochimique est reliée à un dispositif permettant d'ajuster l'intensité du courant sur chacune d'elles, par exemple une résitance variable, ce qui permet de contrôler la distribution de l'intensité de courant sur chacune des grilles et d'obtenir si on le désire une répartition uniforme de l'intensité de courant sur chacune des grilles. Le réacteur électrochimique de l'invention peut être utilisé notamment pour effectuer la réaction d'oxydation du Ce (III) en Ce (IV) utilisée notamment dans la préparation de la naphtoquinone, d'anthraquinone à partir d'anthracène, d'acide benzoïque ou de benzaldéhyde à partir de toluène, ou bien pour effectuer la réaction de réduction du Fe (III) en Fe (II) en milieu phosphorique, étant bien entendu que l'-nven- tion ne se limite pas à ces applications. Les exemples suivants illustrent l'invention de façon non limitative. Dans les exemples 1 à 5 l'anolyte est une solution aqueuse sulfurique contenant du Ce (III). La température de l'anolyte est fixée à 550C. Le catholyte est une solution d'acide sulfurique. Chaque grille en métal déployé constituant le compartiment anodique est réalisée en un alliage plomb-antimoine (plomb 90 % - antimoine 10 ). Les dimensions des grilles sont 5 x 10 cm. Le compartiment anodique est réalisé en polypro pyrène. La cathode est en plomb. EXEMPLE 1 L'anode multiple comporte 4 grilles de métal déployé isolées les unes des autres par un joint plat d'épaisseur 1 mm. On impose une intensité de 10 A, soit une densité de courant de 2 000 A/m2 par rapport à la section droite de la cellule ; avec une vitesse de passage de l'anolyte de 0,15 m/s dans le canal anodique, la concentration du Ce (III) est amenée de 0,185 M à 0,042 M (taux de conversion 77,3 %) avec un rendement en courant de 92 %. EXEMPLE 2 Mmes conditions que l'exemple 1, sauf vitesse de circulation de l'anolyte 0,10 m/s ; la concentration de Ce (III) est amenée de 0,168 M à 0,061 M (taux de conversion 63,9 %) avec un rendement en courant de 91 %. EXEMPLE 3 L'anode multiple comporte 3 grilles de métal déployé montées comme dans les exemples ci-dessus. On impose une intensité de 10 A, soit une densité de courant de 2 000 A/m2 par rapport à la section droite de la cellule, avec une vitesse de passage de l'anolyte de 0,21 m/s la concentration du Ce (III) est amenée de 0,156 M a' 0,043 M (taux de conversion 72,6 % avec un rendement en courant de 96 %. EXEMPLE 4 On reprend les conditions de l'exemple 3, mais on impose un courant de 15 A, soit une densité de courant de 3 000 A/m2 par rapport à la section droite de la cellule. La concentration du Ce (III) est abaissée de 0,273 M a 0,083 M (taux de conversion 69,7 %) avec un rendement en courant de 96 %. EXEMPLE 5 Dans les conditions de l'exemple 4, mais avec une intensité imposée de 12,5 A, soit une densité de courant de 2 500 A/m2 par rapport à la section droite de la cellule, la concentration du Ce (III) est amenée de 0,211 N a 0,053 M (taux de conversion 75 X) avec un rendement en courant de 96 %. EXEMPLE 6 On effectue la réduction d'une solution 0,1 M en Fe (III) dans de l'acide phosphorique à 30 % de P2O5 en maintenant une température de 55 C. La cathode est une électrode multiple à â 3 grilles en métal déployé, chacune des grilles est réalisée en acier inoxydable. Les dimensions des grilles sont 5 x 10 cm. Le compartiment cathodique est en polypropylène. L'anode est en platine. On impose une intensité de 19 A, soit une densité de courant de 2 090 A/m2 par rapport à la section droite de la cellule, avec une vitesse de passage du catholyte de 0,21 m/s. La concentration du Fe (III) est amenée de 0,1 N à 0,05 M (taux de conversion 50 %) avec un rendement en courant de 90 %. REVENDICATIONS 1. Réacteur électrochimique comprenant une électrode constituée par plusieurs grilles en métal déployé sensiblement parallèles entre elles, caractérisé par le fait que chacune des grilles est séparée de la suivante par une distance comprise entre environ 0,1 et 30 mm, de telle sorte qu'au sein de l'électrolyte les grilles soient électroniquement isolées les unes des autres. 2. Réacteur selon la revendication 1 dans lequel ladite distance séparant lesdites grilles est comprise entre environ O,S et 5mm. 3. Réacteur selon l'une des revendications 1 et 2, caractérisé par le fait que chacune des grilles est reliée à un dispositif permettant d'ajuster l'intensité de courant sur chacune d'elles. 4. Réacteur selon la revendication 3 dans lequel le dispositif permettant d'ajuster l'intensité du courant est une résistance variable.