ES2638115T3

ES2638115T3 - Electrodo de diamante sólido

Info

Publication number: ES2638115T3
Application number: ES07804883.2T
Authority: ES
Inventors: Jonathan James Wilman; Patrick Simon Bray; Timothy Peter Mollart
Original assignee: Element Six Technologies Ltd
Current assignee: Element Six Technologies Ltd
Priority date: 2006-09-05
Filing date: 2007-09-05
Publication date: 2017-10-18
Anticipated expiration: 2027-09-05
Also published as: WO2008029258A3; US8273225B2; WO2008029258A2; EP2064368A2; JP5883297B2; JP5503287B2; US20100126879A1; US20120312682A1; EP2064368B1; JP2010502427A; JP2012149348A

Abstract

Un reactor que comprende un ánodo, un cátodo y al menos un electrodo bipolar que tiene una primera y segunda superficies de trabajo principales situadas entre los mismos, en el que el al menos un electrodo bipolar es un electrodo de diamante sólido en lugar de un electrodo recubierto de diamante, estando el electrodo de diamante sólido formado de diamante dopado con boro, teniendo el diamante dopado con boro una resistividad eléctrica de 1 MΩcm o menor, y en el que la concentración media de dopante de boro en una región de al menos una de las superficies de trabajo principales a una profundidad de 50 nm es de al menos 8 x 1019 átomos/cm3

Description

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DESCRIPCION

Electrodo de diamante solido

La presente invencion se refiere a un reactor que comprende un electrodo bipolar de diamante solido para su uso en un procedimiento de tratamiento de aguas residuales.

Las aguas residuales contienen una serie de contaminantes que pueden ser de naturaleza organica o inorganica, por ejemplo, cianuros y fenoles. La oxidacion electroqmmica de aguas residuales es un procedimiento bien conocido para reducir la cantidad de contaminantes presentes.

Se prefieren los procesos electroqmmicos en comparacion con el uso de potentes oxidantes qmmicos sobre la base de que son mas seguros y mas respetuosos con el medio ambiente.

Se sabe que el tamano de la superficie de reaccion electroqmmica en un reactor es clave para la velocidad de reaccion electroqmmica que se produce. Por lo tanto, cuanto mayor sea la superficie disponible, mayor sera la velocidad de oxidacion electroqmmica. Con esto en mente, las disposiciones de electrodos bipolares son de particular interes. Se crea un electrodo bipolar colocando un tercer electrodo entre un catodo y un anodo. Al aplicar un potencial entre el anodo y el catodo, el electrodo bipolar funciona tanto un anodo y como un catodo, aumentando ampliamente la superficie disponible del anodo y del catodo mientras que todavfa requiere solamente dos conexiones electricas.

Los electrodos de diamante, en particular, los electrodos de diamante dopados con boro son utiles en aplicaciones electroqmmicas debido a una serie de propiedades, que son significativamente diferentes de las propiedades de otros materiales de electrodo tales como carbono vftreo o platino. Estas propiedades incluyen la alta dureza, la alta conductividad termica y la inercia qmmica asociada con el diamante y la amplia ventana de potencial electroqmmico del diamante conductor.

Se ha descrito el uso de electrodos de diamante solido y electrodos revestidos de diamante en sistemas electroqmmicos. Por ejemplo, los documentos EP 0 659 691 y US 5.399.247 describen electrodos de diamante solido y electrodos revestidos de diamante usados como el anodo en un procedimiento de tratamiento de un soluto en una solucion lfquida. En general, se prefieren electrodos recubiertos de diamante porque son mas baratos de hacer, siendo el coste absoluto de un electrodo de diamante solido significativamente mayor que el de un electrodo revestido con diamante. Existen una serie de otras ventajas para los electrodos recubiertos de diamante ensenados por la tecnica anterior, incluyendo la resistencia mejorada proporcionada al electrodo por el sustrato, por ejemplo, cuando es un metal.

El uso de electrodos bipolares revestidos de diamante en una celda electroqmmica ha sido descrito en los documentos EP 1 031 645 A1 y US 6.306.270.

En el contexto de los procesos electroqmmicos, existe una necesidad continua de electrodos con una vida util operativa aumentada. Los electrodos recubiertos con diamante padecen el problema de orificios pasantes que permiten que el lfquido que se esta tratando penetre en el recubrimiento y ataque electroqmmicamente la interfaz entre el recubrimiento de diamante y el substrato, lo que da lugar a delaminacion. Este es un problema que puede reducirse aumentando el espesor del revestimiento de diamante. Sin embargo, aumentar el espesor del revestimiento de diamante se entiende generalmente que no es deseable, ya que aumenta significativamente el tiempo de produccion y los costes de material. El problema de cortos tiempos de vida operativos de los electrodos es uno que se exacerba cuando los electrodos son accionados a altas densidades de corriente.

Los electrodos de diamante solido tienen tiempos de vida mas largos, sin embargo, una desventaja de tales electrodos es lograr la conductividad requerida en comparacion con un electrodo revestido de diamante donde el sustrato que esta recubierto con el diamante proporciona la conductividad y, por lo tanto, la conductividad de la capa de diamante es menos de una preocupacion. Generalmente, para conseguir la conductividad requerida, se requiere un dopaje pesado de diamante. Sin embargo, se ha hallado que las regiones fuertemente dopadas en los electrodos de diamante tienden a erosionarse mas rapidamente mediante ataque qmmico por disolventes organicos que las regiones ligeramente dopadas.

Para superar este problema, el documento WO2006/013430 describe que la erosion de un electrodo de diamante solido puede reducirse recubriendo la(s) superficie(s) de trabajo del electrodo con una capa delgada de diamante ligeramente dopado (es decir, una capa de pasivacion). Esto tiene el efecto de reducir la erosion en la(s) superficie(s) de trabajo, mientras se mantiene la conductividad requerida en la mayor parte de la capa de diamante. Sin embargo, anade una etapa de revestimiento adicional al proceso de produccion o una etapa adicional durante la deposicion, en la que tiene que ajustarse la concentracion de boro.

El documento WO 2006/061192 describe un procedimiento y un dispositivo para tratar aguas residuales que contienen pesticidas. En el procedimiento descrito, las aguas residuales a tratar se hacen pasar a traves de una celula electroqmmica que comprende un electrodo de diamante dopado con boro.

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El documento US 2004/003176 describe la desinfeccion electrolttica del agua potable usando una celula electroqmmica que comprende un anodo situado entre dos electrodos de difusion de gas. El anodo puede ser un electrodo de diamante dopado con boro.

Un objeto de la presente invencion es proporcionar un reactor que maximice la superficie de reaccion electroqmmica disponible y que obtenga una larga vida util operativa sin requerir etapas de produccion adicionales.

La presente invencion proporciona un reactor que comprende un anodo, un catodo y al menos un electrodo bipolar que tiene una primera y una segunda superficies principales de trabajo situadas entre los mismos, en el que el al menos un electrodo bipolar consiste esencialmente en diamante y el diamante comprende un dopante tal que el diamante es conductor y tiene una resistividad electrica de 1 MQcm o menos, y en el que la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las principales superficies de trabajo a una profundidad de 50 nm es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3

De esta manera, la celula electroqmmica tiene electrodo(s) de diamante solido en una disposicion bipolar. Esto da como resultado un aumento en el tiempo de vida operativo del al menos un electrodo bipolar, evitando al mismo tiempo la necesidad de etapas de produccion adicionales.

Ventajosamente, diamante solido puede utilizarse como un electrodo bipolar sin necesidad de alterar la concentracion de dopante presente en las superficies principales de trabajo que estaran en contacto con el entorno electroqmmico para formar una capa de pasivacion. Se observan sorprendentemente largos tiempos de vida operativos, incluso a altas densidades de corriente

El termino "electrodo bipolar" tal como se utiliza a continuacion se refiere a un electrodo que, cuando se coloca entre un anodo y un catodo a traves del cual se aplica un potencial, se comportara como un anodo y un catodo. Asf, un electrodo bipolar tiene necesariamente dos superficies principales de trabajo en contacto con el electrolito. Ademas, un electrodo bipolar no requiere una conexion electrica separada, aunque pueden proporcionarse uno o mas para fines de monitorizacion, por ejemplo.

El electrodo de la presente invencion se puede usar como el electrodo bipolar en el reactor de esta invencion. Todas las caractensticas del electrodo de la invencion descrito en la presente memoria tambien pueden estar presentes en el electrodo bipolar del reactor de esta invencion. Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino electrodo debe entenderse que se refiere a las caractensticas del electrodo bipolar del reactor de esta invencion.

El termino "diamante" incluye, pero no se limita a diamante que se ha hecho mediante un proceso de deposicion qmmica en fase vapor (CVD), preferiblemente un proceso CVD por plasma de microondas, un diamante hecho mediante un proceso de alta temperatura a alta presion y un tipo natural de diamante IIb. El diamante puede ser policristalino o diamante de un solo cristal. Preferiblemente, el diamante es diamante policristalino, preferiblemente hecho por CVD.

El termino "que consiste esencialmente en" tal como se usa en la presente memoria requiere que el comportamiento funcional del electrodo sea proporcionado por el diamante y los dopantes dentro del mismo y, en particular, que no hay otro material identificable tal como un sustrato, proporcionando una funcion util para el electrodo. Este termino no pretende excluir la posibilidad de que se puedan anadir otros componentes o caractensticas al electrodo, por ejemplo, se pueden anadir una o mas conexiones electricas usando metalizacion, soldadura fuerte u otros medios de union.

Una ventaja de la invencion es que se evita la necesidad de una capa de pasivacion en la superficie del electrodo bipolar. Se conocen capas de pasivacion en las que la superficie de trabajo del electrodo esta ligeramente dopada en comparacion con la masa en bruto. En contraste, una caractenstica de la presente invencion es que la concentracion media del dopante en una region de una superficie de trabajo principal a una profundidad de 50 nm es al menos aproximadamente 8 x 1019 atomos/cm3. De esta manera, la region del diamante en la por lo menos una superficie de trabajo principal esta dopada de manera suficientemente alta para que el diamante en esta region sea conductor. La concentracion media de dopante en una region de ambas superficies principales de trabajo a una profundidad de 50 nm es al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

La concentracion media de dopante en una region de una superficie de trabajo principal a una profundidad de aproximadamente 50 nm se puede determinar usando cualquier tecnica usada convencionalmente en la tecnica.

Preferiblemente, la region de la superficie de trabajo principal en la que se determina la concentracion media es a traves de sustancialmente de la totalidad de la(s) superficie(s) de trabajo principal(es).

Un ejemplo de una tecnica adecuada es el perfilado de profundidad de espectrometna de masas de iones secundarios (SIMS). SIMS es una tecnica muy sensible que se puede utilizar para realizar el analisis elemental de capas delgadas, tfpicamente en el intervalo de unos pocos nm a unos pocos pm. En esta tecnica, la superficie es pulverizada por un haz de iones primarios y la porcion de material pulverizado que sale de la superficie como iones es analizada por espectrometna de masas. Comparando la tasa de recuento de una especie en particular con una concentracion estandar y determinando la profundidad del orificio de pulverizacion catodica, se puede generar un

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perfil de profundidad respecto a la concentracion. Se puede tomar un conjunto de valores en un area determinada y luego hacer un promedio.

La concentracion media del dopante se puede determinar sobre toda la superficie. En terminos practicos, sin embargo, es mas usual tomar un conjunto de valores en un area determinada y luego promediarlos.

La concentracion media del dopante se puede medir en un cuadrado de area de aproximadamente 0,01 mm2, 0,05 mm2, 0,10 mm2, 0,20 mm2, 0,25 mm2, 0,5 mm2, 1 mm2 sobre una superficie de trabajo a una profundidad de aproximadamente 50 nm desde la superficie de trabajo principal.

La presente invencion no esta limitada por referencia a la tecnica utilizada para determinar el valor medio. Por ejemplo, una tecnica que puede emplearse es una "tecnica de matriz de 17 puntos". Esta tecnica implica tomar una medida por SIMS en 17 puntos diferentes en el area definida en la superficie del electrodo bipolar. Los valores se registran generalmente a partir de la oblea de diamante conductor en bruto "segun crece". La tecnica de matriz de 17 puntos es particularmente apropiada para su uso donde la oblea de diamante ha sido producida por una tecnica de plasma de microondas, ya que dicha oblea de diamante tendra tfpicamente una forma circular.

Haciendo referencia a todas las mediciones utilizadas para caracterizar el material del electrodo de la presente invencion, el experto entendera que cuando la medicion se describe como realizada en un "punto", tal como en la tecnica de matriz de 17 puntos, en realidad se hace sobre un area. El punto al que se hace referencia es un punto dentro del area y generalmente es el centro del area sobre la cual se toma la medida. Como apreciara el experto en la tecnica, las dimensiones del area sobre la que se realiza la medicion dependen de la tecnica en cuestion. Por ejemplo, las mediciones de resistividad, usando la tecnica de sonda de cuatro puntas descrita mas adelante, se hacen generalmente sobre un area de aproximadamente 6 mm x 1 mm (que son las dimensiones de la sonda). Por el contrario, las mediciones SIMS se realizan sobre un area que es tfpicamente menor de aproximadamente 0,5 mm x 0,5 mm.

En la tecnica de matriz de 17 puntos, los 17 puntos estan dispuestos con un punto en el centro, ocho puntos distribuidos uniformemente alrededor de un penmetro situado a una distancia que es aproximadamente el 45 % de la distancia desde el borde de la oblea al centro, y ocho puntos uniformemente distribuidos alrededor de un penmetro situado a una distancia de aproximadamente el 90 % de la distancia desde el centro hasta el borde. A continuacion, se promedian las mediciones obtenidas. Si bien se han tomado 17 puntos en el presente caso, se puede prever que se pueda obtener un promedio sobre un numero menor o mayor de puntos utilizando la misma tecnica.

Como se ha indicado anteriormente, la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las superficies principales de trabajo, a una profundidad de 50 nm, es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

Preferiblemente, la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las superficies principales de trabajo, a una profundidad de 60 nm, es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

Preferiblemente, la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las superficies principales de trabajo, a una profundidad de 70 nm, es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

Preferiblemente, la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las superficies principales de trabajo, a una profundidad de 80 nm, es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

Preferiblemente, la concentracion media del dopante en una region de al menos una de las superficies principales de trabajo, a una profundidad de 100 nm, es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3.

Una propiedad ffsica adicional usada comunmente para describir un electrodo es su resistividad. Los valores de resistividad electrica como se definen aqrn son los valores determinados a temperatura ambiente o aproximadamente a 20 °C. La resistividad de un electrodo se puede calcular midiendo la resistencia superficial y convirtiendo el valor obtenido a una medida de resistividad en masa.

Por ejemplo, se puede usar una tecnica de sonda de cuatro puntos para medir la resistencia superficial de un electrodo. Como es bien conocido en la tecnica, una sonda de cuatro puntos consiste en cuatro electrodos, tfpicamente cargados por resorte, dispuestos a lo largo de una lmea recta. Los cuatro electrodos se colocan en contacto electrico con la superficie bajo analisis. Se hace circular una corriente I entre los dos electrodos mas externos. La corriente normalmente es fija. Entonces se mide la tension entre los dos electrodos mas internos. La tension medida y la corriente fija permiten la determinacion de la resistencia superficial usando la ley de Ohm, espedficamente:

R=V/I

donde V es la diferencia de tension entre los dos puntos de medicion e I es la corriente forzada que fluye entre los dos puntos de medicion.

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La resistencia como se determino anteriormente se determina a temperatura ambiente o aproximadamente 20 °C.

Un ejemplo de un aparato adecuado para determinar esta medicion es una sonda de cuatro puntas cilmdrica de mano de Jandel en combinacion con un medidor adecuado, tal como un medidor de precision de mili/microhmios TTi BS407.

La resistencia superficial medida puede usarse para calcular la resistividad electrica del electrodo bipolar usando la relacion:

p= R.7tt/ln2

donde t es el espesor del electrodo bipolar en cm y R es la resistencia determinada como se ha definido anteriormente en Q y la resistividad p esta en Qcm.

En general, los valores de resistividad no se corrigen para que la separacion de los puntos de medicion sea similar al espesor del electrodo bipolar, ni tampoco por el hecho de que algunas de las mediciones se estan haciendo cerca del borde de la muestra en la que la teona asume un plano semi infinito.

Como se usa aqu y se describe anteriormente, el termino "conductor" significa que tiene una resistividad electrica a temperatura ambiente o aproximadamente a 20 °C de aproximadamente 1 MQcm o menos, preferiblemente alrededor de 1 x 105 Qcm o menos, preferiblemente alrededor de 1 x 104 Qcm o menos, preferiblemente alrededor de 1 x 103 Qcm o menos, preferiblemente alrededor de 1 x 102 Qcm o menos, preferiblemente 10 Qcm o menos, preferiblemente 1 Qcm o menos.

Preferiblemente, el electrodo de la presente invencion tiene una resistividad electrica en el intervalo de aproximadamente 0,005 Qcm a aproximadamente 10 Qcm, preferiblemente de aproximadamente 0,005 Qcm a aproximadamente 5 Qcm, preferiblemente de aproximadamente 0,005 Qcm a aproximadamente 0,5 Qcm, preferiblemente de aproximadamente 0,01 Qcm a aproximadamente 0,5 Qcm, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,02 Qcm a aproximadamente 0,4 Qcm, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,03 Qcm a aproximadamente 0,3 Qcm, preferiblemente aproximadamente 0,04 a aproximadamente 0,2 Qcm, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,05 Qcm a aproximadamente 0,1 Qcm.

Un procedimiento que puede usarse para determinar un valor promedio para un numero de mediciones a traves de la superficie es "tecnica de matriz de 17 puntos" como se ha descrito anteriormente. Esta tecnica es una de las muchas que pueden usarse para determinar la resistividad media del electrodo de diamante.

El diamante comprende uno o mas elementos dopantes para que sea conductor. El elemento dopante puede seleccionarse de, por ejemplo, litio, berilio, nitrogeno, fosforo, azufre, cloro, arsenico, selenio o boro. Segun la invencion, el elemento dopante es boro. El boro tiene una baja energfa de activacion y, por lo tanto, proporciona una alta conductividad a temperatura ambiente. El dopado puede conseguirse por implantacion, pero se consigue preferiblemente mediante la incorporacion del elemento dopante durante la smtesis de la capa de diamante, por ejemplo, durante la smtesis del diamante por CVD de plasma de microondas. Un ejemplo de un procedimiento de dopado adecuado en el que el diamante es diamante policristalino es como se describe en el documento EP 0 822 269. Un ejemplo de un procedimiento de dopado adecuado en el que el diamante es diamante de un solo cristal se describe, por ejemplo, en el documento WO 03/052174.

Cuando el elemento dopante es boro, puede incorporarse en el diamante durante el crecimiento a partir de fuentes solidas, lfquidas o gaseosas. Se prefiere el uso de fuentes gaseosas, ya que son mas faciles de controlar. Las fuentes gaseosas de boro incluyen hidruros de boro tales como BH3 y B2H6 y haluros de boro tales como BF3 y BCh. Preferiblemente, la fuente de boro es B2H6 y el B2H6 se suministra en un gas portador tal como H2 a una concentracion de entre 1 ppm y 1000 ppm.

La concentracion media de dopantes es preferiblemente al menos aproximadamente 8 x 1019 atomos/cm3, preferiblemente al menos aproximadamente 1,0 x 1020 atomos/cm3, preferiblemente al menos aproximadamente 1,2 x 1020 atomos/cm3, preferiblemente al menos aproximadamente 1,4 x 1020 atomos/cm3, preferiblemente al menos aproximadamente 1,5 x 1020 atomos/cm3. La concentracion media de dopantes es preferiblemente menor que aproximadamente 3 x 1021 atomos/cm3, preferiblemente menos de aproximadamente 2,0 x 1021 atomos/cm3, preferiblemente menos de aproximadamente 4,0 x 1020 atomos/cm3, preferiblemente menos de aproximadamente 6,0 x 1020 atomos/cm3.

Preferentemente, el dopante se dispersa uniformemente en todo el electrodo. La absorcion de impurezas o elemento dopante en un cristal en crecimiento tal como diamante CVD puede ser sensible a una serie de factores. En particular, la absorcion de dopante puede verse afectada por la presencia de otros defectos, tales como dislocaciones u otras impurezas. Ademas, la cara cristalografica en la que tiene lugar el crecimiento tambien puede afectar la absorcion de dopante. Las caras cristalograficas comunes en el diamante CVD son las caras {100}, {110}, {111} y {113}. La captacion relativa de impurezas en los sectores de crecimiento formados por estas diferentes caras es muy diferente, y tambien puede variar con las condiciones de crecimiento. Por ejemplo, el sector de crecimiento

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{111} normalmente ocupa entre 10 y 30 veces mas boro que el sector de crecimiento {100}. Como consecuencia de la absorcion diferencial de boro entre los diferentes sectores de crecimiento, cualquier diamante CVD que incluya los sectores de crecimiento {111} y {100}, como el diamante policristalino CVD tipico, muestra enormes variaciones locales en la concentracion de boro. Por esta razon, generalmente se especifica un area o volumen mmimo de muestra para medir la uniformidad, siendo estas areas o volumenes lo suficientemente grandes como para promediar las variaciones de concentracion debidas a la naturaleza policristalina del diamante, pero suficientemente pequenas para determinar la variacion deleterea a una escala mayor, por ejemplo, debido al pobre control de las condiciones de smtesis.

En este contexto, el termino "uniforme" pretende referirse a la dispersion de dopante cuando se ve sobre todo el volumen del electrodo bipolar y permite la posibilidad de que puedan existir variaciones locales en algunos sectores de crecimiento. Mas espedficamente, se prefiere que la uniformidad sea tal que la concentracion de atomos dopantes, medida, por ejemplo, por SIMS en cualquier volumen de 1 mm3, preferiblemente 0,2 mm3, preferiblemente 0,03 mm3, no vane desde la concentracion de atomos de dopante en cualquier otro 1 mm3, preferiblemente 0,2 mm3, preferiblemente 0,03 mm3 en mas de aproximadamente el 50 %, preferiblemente el 30 %, preferiblemente el 20 %, preferiblemente el 10 %.

Preferentemente, la uniformidad de dopado a traves del espesor del electrodo es tal que para una serie de al menos 5 mediciones tomadas a intervalos regularmente separados a lo largo de una lmea perpendicular a una superficie de trabajo principal del electrodo, la concentracion maxima de dopante medida es menos de aproximadamente el 150 %, mas preferiblemente menos de aproximadamente el 130 % del valor medio y la concentracion minima de dopante es mas de aproximadamente el 50 %, preferiblemente mas de aproximadamente el 70 % del valor medio. Preferiblemente, el punto de medicion final esta situado a una distancia de la superficie de trabajo principal que es la misma que la separacion entre puntos de medicion adyacentes.

Una ventaja de la presente invencion es que el diamante se puede usar como el electrodo en su forma crecida sin necesidad de procesamiento adicional. Preferiblemente, una superficie de trabajo principal puede ser la cara de nucleacion crecida. Preferiblemente, una superficie de trabajo principal puede ser la cara de crecimiento crecida. Esto es ventajoso porque asegura que el flujo de fluido a traves de la superficie del electrodo es turbulento, minimizando o previniendo asf cualquier formacion de una capa de estancamiento.

La primera superficie de trabajo principal puede ser la cara de nucleacion crecida, mientras que la segunda superficie de trabajo principal puede ser la cara de crecimiento crecida.

La cara de crecimiento crecida del electrodo tiene preferiblemente una rugosidad superficial, Ra de aproximadamente 5 pm o mas, preferiblemente de aproximadamente 10 pm o mas, preferiblemente de aproximadamente 20 pm o mas, preferiblemente de aproximadamente 30 pm o mas.

El tamano de grano medio en la superficie de crecimiento es generalmente mayor que el tamano de grano medio en la superficie de nucleacion. El tamano medio de grano en la superficie de nucleacion, donde el promedio es el tamano de grano modal, es preferiblemente menor de 5 pm, preferiblemente menor de 3 pm, preferiblemente menor de 1 pm.

El tamano de grano medio en la superficie de crecimiento, donde el promedio es el tamano de grano modal, es preferiblemente mayor que t/40 pm, donde t es el espesor medio de la capa en pm, preferiblemente mayor que t/30 pm, preferentemente mayor que t/20 pm.

Alternativamente, la cara de crecimiento crecida y/o la cara de nucleacion crecida pueden ser procesadas para proporcionar el electrodo bipolar. Por ejemplo, puede ser ventajoso retirar el material de nucleacion de la cara de nucleacion hasta una profundidad dada o puede ser ventajoso procesar la cara de crecimiento para proporcionar una superficie sustancialmente plana que modifique los sectores de crecimiento u orientacion cristalografica de las superficies expuestas de granos individuales presentados en la superficie. Adicionalmente, puede ser ventajoso recortar los bordes de la oblea crecida antes de su uso como un electrodo mediante un proceso de laser u otro proceso usado convencionalmente en la tecnica. Un procedimiento particular de procesar este tipo de diamante conductor es usar mecanizado por electrodescarga.

El electrodo de la presente invencion puede ser de cualquier tamano o forma segun sea apropiado para la aplicacion final del reactor. Por ejemplo, el electrodo puede ser cuadrado, rectangular, circular, cuboide o esferico. Preferiblemente, el electrodo es plano. En aplicaciones donde se mantiene una diferencia de presion a traves del electrodo, puede ser beneficioso un electrodo curvado en tres dimensiones, por ejemplo, en forma de un segmento esferico, preferiblemente con un radio de curvatura grande. El electrodo puede tener una dimension mas larga de al menos aproximadamente 10 mm, preferiblemente al menos aproximadamente 30 mm, preferiblemente al menos aproximadamente 45 mm, preferiblemente al menos aproximadamente 60 mm, preferiblemente al menos aproximadamente 95 mm, preferiblemente al menos aproximadamente 120 mm. Preferiblemente, la dimension mas larga del electrodo bipolar es inferior a aproximadamente 300 mm, preferiblemente inferior a 200 mm, preferiblemente inferior a 170 mm, preferiblemente inferior a 150 mm.

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Preferiblemente, el electrodo tiene una resistencia absoluta (tension de fractura) medida para la cara de crecimiento, mayor que aproximadamente 300 MPa, preferiblemente mayor que aproximadamente 400 MPa, preferiblemente mayor que aproximadamente 500 MPa, preferiblemente mayor que aproximadamente 600 MPa, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 350 MPa a aproximadamente 650 MPa segun se mide usando curvado de 3 puntos de barras de 18 x 2 mm, dependiendo del espesor del electrodo ensayado. Tfpicamente, se espera que un electrodo con un espesor de aproximadamente 550 pm tenga una tension de fractura mayor que aproximadamente 500 MPa. El ensayo de flexion de 3 puntos es uno con el que la persona experta en la tecnica sera familiar. En terminos generales, la muestra a ensayar sea apoya a traves de dos lmeas de contacto paralelas. A lo largo de una lmea equidistante entre las dos lmeas de contacto, se aplica una carga sobre la cara opuesta del electrodo a la que se esta probando. Se registra la carga necesaria para provocar la fractura de la muestra. La carga requerida para causar la fractura puede entonces convertirse en la tension de la fractura.

El termino "superficie de trabajo principal" se refiere a la superficie del electrodo que estara en contacto directo con el electrolito cuando esta en uso, en el caso de un electrodo bipolar, formara el anodo y el catodo cuando este en uso. Por ejemplo, en el caso de un electrodo plano que es rectangular, las superficies de trabajo principales seran las caras rectangulares, como se ilustra en la figura 1a. En el caso de un electrodo de forma circular, son las dos caras circulares del electrodo las que forman las superficies de trabajo principales como se ilustra en la figura 1b. En el caso de un electrodo esferico, puede preverse que la superficie de un hemisferio podna formar una cara de trabajo principal, mientras que la superficie del otro hemisferio podna formar la otra cara de trabajo principal. Preferiblemente, las superficies principales de trabajo del electrodo tienen un area superficial total mayor que

aproximadamente 10 cm2, preferiblemente mayor que aproximadamente 20 cm2, preferiblemente mayor que

aproximadamente 30 cm2, preferiblemente mayor que aproximadamente 60 cm2, preferiblemente mayor que

aproximadamente 100 cm2, preferiblemente mayor que aproximadamente 200 cm2, preferiblemente mayor que

aproximadamente 280 cm2, preferiblemente mayor que aproximadamente 350 cm2.

Preferentemente, el electrodo se usa con superficies crecidas. Preferiblemente, el electrodo es sustancialmente la misma area que la oblea crecida. Esto minimiza el desperdicio de material de diamante. Preferiblemente, la oblea crecida es circular. Preferiblemente, el electrodo utilizado es circular. Hay varias ventajas asociadas con un electrodo circular. En primer lugar, no hay concentracion de tensiones desde esquinas agudas cuando el electrodo se presuriza desde un lado. La concentracion de tension es un problema particular para el electrodo final en un reactor o para cualquier electrodo adyacente a fluctuaciones de presion que surgen del flujo rapido de lfquido a traves del reactor. En segundo lugar, tener un electrodo circular significa que el borde del electrodo es generalmente menos diffcil de sellar que un electrodo que tiene una forma rectangular, porque todas las partes de la junta son similares.

Preferiblemente, el electrodo tiene un espesor en el intervalo de aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 5 mm, preferiblemente de aproximadamente 0,2 mm a aproximadamente 2 mm, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,3 mm a aproximadamente 1,5 mm, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,4 mm a aproximadamente 1,0 mm. Los electrodos que tienen un espesor dentro de este intervalo son mecanicamente suficientemente robustos para ser manejados y pueden soportar los rigores de uso, al tiempo que minimizan el tiempo de coste y smtesis y la resistencia en la celula bipolar.

La uniformidad del espesor se puede medir usando la tecnica de matriz de 17 puntos descrita anteriormente. La uniformidad del espesor del electrodo bipolar es preferiblemente tal que el valor mmimo es mas de aproximadamente el 60 %, preferiblemente aproximadamente el 75 %, mas preferiblemente aproximadamente el 80 %, mas preferiblemente aproximadamente el 85 % del valor medio y el valor maximo es menor que aproximadamente el 135 %, preferiblemente aproximadamente el 125 %, mas preferiblemente menos de aproximadamente el 120 %, mas preferiblemente menos de aproximadamente el 115 %, del valor medio.

El reactor de la presente invencion comprende un anodo, un catodo y al menos un electrodo bipolar colocado entre los mismos.

El reactor de la presente invencion puede comprender ademas un recipiente que es sustancialmente electricamente aislante o suficientemente grande y alejado de los electrodos para no transportar una fraccion sustancial de la corriente que fluye a traves del reactor. Durante el uso, el recipiente contiene un fluido que es electricamente conductor, preferiblemente un fluido a base de agua. En uso, los electrodos se insertan en el fluido electricamente conductor. Una fuente de alimentacion electrica capaz de transmitir corriente esta conectada al anodo y al catodo, de tal manera que una corriente electrica pasa entre el anodo y el catodo a traves del fluido electricamente conductor y el al menos un electrodo bipolar.

Opcionalmente, el reactor puede comprender ademas uno o mas de al menos una entrada de fluido y una salida de fluido; y al menos una bomba y tubena asociada para permitir que el fluido electricamente conductor circule a traves del recipiente, preferiblemente a traves de la entrada y la salida.

El reactor de la presente invencion puede comprender al menos aproximadamente 2, preferiblemente al menos aproximadamente 5, preferiblemente al menos aproximadamente 8, preferiblemente al menos aproximadamente 15, preferiblemente al menos aproximadamente 20, preferiblemente al menos 30, preferiblemente al menos aproximadamente 50, preferiblemente al menos 70, preferiblemente al menos aproximadamente 100 electrodos

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bipolares colocados entre el anodo y el catodo.

Ventajosamente, el area superficial total del al menos un electrodo bipolar que es anodico es al menos aproximadamente 5 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 10 cm2, preferiblemente al menos

aproximadamente 20 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 50 cm2 , preferiblemente al menos

aproximadamente 75 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 100 cm2, preferiblemente al menos

aproximadamente 200 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 500 cm2, preferiblemente al menos

aproximadamente 1.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 1.500 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 2.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 2.500 cm2.

Alternativamente o adicionalmente, ventajosamente, el area superficial total del al menos un electrodo bipolar que es catodico es al menos aproximadamente 5 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 10 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 20 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 50 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 75 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 100 cm2, preferiblemente al menos

Alternativamente o adicionalmente, ventajosamente, el area superficial total del al menos un electrodo bipolar que es anodico o catodico es al menos aproximadamente 10 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 20 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 50 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 100 cm2 , preferiblemente al menos aproximadamente 150 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 200 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 500 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 1.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 2.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 3.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 4.000 cm2, preferiblemente al menos aproximadamente 5.000 cm2.

En uso, se aplica un potencial entre el anodo y el catodo. El anodo y el catodo pueden estar formados a partir de cualquier sustrato generalmente usado para formar tales electrodos para su uso en procesos electroqmmicos. Por ejemplo, el anodo y el catodo pueden formarse a partir de carbono vftreo, platino, diamante solido como se define en la presente memoria o un electrodo recubierto de diamante. El anodo y el catodo pueden estar formados a partir de materiales iguales o diferentes. Preferiblemente, el anodo y el catodo estan formados de diamante solido. Preferiblemente, la superficie externa del anodo y del catodo esta provista de al menos una conexion electrica y medios para la distribucion de corriente. Preferiblemente, la conexion electrica se proporciona mediante metalizacion y un contacto electrico soldado o unido.

Cuando el anodo y el catodo estan formados a partir del mismo material, ventajosamente, la polaridad de estos electrodos se puede invertir periodicamente para evitar la acumulacion de una capa de pasivacion en cada uno de los electrodos.

Como el anodo y el catodo son generalmente electrodos de extremo en un reactor, pueden tener que soportar una diferencia de presion a traves de los mismos. Una disposicion ventajosa es unir la cara que no trabaja del anodo o catodo a una placa metalica y hacer la conexion electrica a traves de la cara opuesta de la placa metalica. La fijacion se puede conseguir usando un epoxi conductor, tal como un epoxi cargado con plata. Preferiblemente, antes de aplicar el epoxi, la superficie del diamante puede metalizarse.

Antes de su uso en un reactor, el electrodo bipolar puede recubrirse alrededor de sus bordes utilizando, por ejemplo, silicona o fluorocarbono para sellado y proteccion.

Una ventaja de la celda electroqmmica de la presente invencion es que el electrodo bipolar tiene una vida util mas larga, reduciendo asf los costes de sustitucion de los electrodos. Preferiblemente, el electrodo bipolar tiene una vida util operativa de aproximadamente 0,2 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 0,5 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 1 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 2 X 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 4 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 8 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 12 x 106 o mas, aproximadamente 16 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 20 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente aproximadamente 30 x 106 Ah/m2, preferiblemente aproximadamente 50 x 106 aproximadamente 80 x 106 Ah/m2 o mas, preferiblemente alrededor de 100 x 106 Ah/m2.

El reactor de acuerdo con la presente invencion comprende al menos un electrodo bipolar. El reactor de acuerdo con la presente invencion puede comprender ademas uno o mas sensores. Preferiblemente, los sensores son matrices de microelectrodos.

En el reactor, el anodo y el catodo estan conectados a una fuente de alimentacion. Preferiblemente, la celula electroqmmica esta dispuesta de tal manera que el o los electrodos bipolares estan separados de sus electrodos bipolares vecinos, anodo o catodo en una distancia en el intervalo de aproximadamente 0,5 mm a aproximadamente 50 mm, preferiblemente de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 30 mm, preferiblemente de aproximadamente 1 mm a aproximadamente 10 mm, preferiblemente de aproximadamente 1,5 mm a aproximadamente 8 mm, preferiblemente de aproximadamente 2 mm a aproximadamente 5 mm. Este nivel de separacion es ventajoso para minimizar el efecto de la resistencia electrica del lfquido que se electroliza y es, por lo

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tanto, una consideracion en la eficacia del sistema.

Ventajosamente, los electrodos bipolares pueden colocarse en una placa portadora que incorpora colectores de entrada y salida para permitir el flujo de lfquido. Una ventaja de usar colectores comunes de entrada y salida, respectivamente, es que se puede conseguir una presion uniforme a traves del reactor. Preferiblemente, la placa portadora esta hecha de un plastico seleccionado, de modo que no sea atacado por la qmmica agresiva que tiene lugar, en uso, en la superficie o superficies de trabajo principales del electrodo. Preferiblemente, las placas portadoras estan formadas de polimetilmetacrilato, preferiblemente poli (metil-2-metilpropenoato) (a menudo denominado "acnlico"). Ejemplos de acnlicos adecuados incluyen plexiglas, perspex, acrillita, acriloplastico, altuglas y lucite. La ventaja de usar un acnlico es que la placa portadora puede pulirse de tal manera que sea transparente y que permita observar el flujo de lfquido a traves de cada celula. Esto proporciona un medio para detectar, por ejemplo, cualquier acumulacion de deposito en los canales de flujo. Los electrodos bipolares pueden separarse usando separadores formados a partir de un material aislante para proteger contra el contacto durante el uso. Preferentemente, las placas portadoras actuan como tales separadores aislantes.

En un aspecto adicional, se proporciona una placa portadora para su uso en un reactor, comprendiendo la placa portadora una entrada, una salida y una abertura para alojar una unidad de reaccion, teniendo dicha placa portadora una primera cara y una segunda cara, en la que al menos un rebaje esta formado en una cara de la placa portadora para proporcionar, en uso, un canal de flujo para un fluido.

La forma de la entrada y de la salida no esta limitada. Ventajosamente, la entrada y la salida se proporcionan mediante aberturas situadas en extremos opuestos de la placa portadora.

Una cara de la placa portadora comprende al menos un rebaje para proporcionar un canal de flujo para un fluido. Cuando la unidad de reaccion es circular, preferiblemente el al menos un rebaje proporciona entrada de fluido a traves de un arco del cfrculo que define el borde del electrodo, estando dicho arco situado en el intervalo de 30° a 160°, mas preferiblemente de 50° a 140°, mas preferiblemente de 60° a 130°, mas preferiblemente de 70° a 120°, mas preferiblemente de 80° a 110°. Esto es ventajoso, ya que asegura que el flujo de fluido sea turbulento a medida que pasa sobre la superficie de trabajo de la unidad de reaccion. Cuando el flujo de fluido a traves del reactor es laminar, la dinamica del flujo es tal que puede formarse una capa de estancamiento en la superficie de la superficie del electrodo. Cuando las especies activas son radicales hidroxilo, esto puede ser problematico. Si existe una capa de estancamiento entonces como consecuencia de la corta vida de los radicales hidroxilo, puede haber una degradacion en la eficiencia de la reaccion porque los radicales hidroxilo no pueden pasar a traves de la capa de estancamiento durante su vida util. Por lo tanto, es preferible que el flujo de fluido a traves de la superficie de trabajo de la unidad de reaccion sea turbulento.

La abertura en la placa portadora se proporciona para alojar una unidad de reaccion. Preferiblemente, la abertura es sustancialmente del mismo tamano que la unidad de reaccion que alojara. Preferiblemente, la unidad de reaccion y la abertura son circulares. La placa portadora de la presente invencion se describira adicionalmente haciendo referencia a una realizacion en la que la unidad de reaccion es un electrodo, tal como se describe en la presente memoria.

Preferentemente, la abertura esta situada de manera centrada en la placa portadora. Preferiblemente, la abertura esta provista de un rebaje alrededor de su borde superior en el que puede asentarse el electrodo. La abertura entonces expone una cara del electrodo.

Preferiblemente, la placa portadora es apilable. Preferiblemente, la placa portadora tiene una serie de orificios alrededor de su periferia, que facilitan el apilamiento de la placa portadora. Mediante la colocacion de pernos o salientes a traves de los orificios, un conjunto de una pluralidad de tales placas puede mantenerse unidas. Preferiblemente, se proporciona una junta alrededor del borde de estos orificios para mejorar la conexion a una placa adyacente.

Preferentemente, la placa portadora esta hecha de un material plastico. Preferiblemente, el material plastico se selecciona entre polipropileno o acnlico. Preferiblemente, el material plastico es polimetilmetacrilato, preferiblemente poli(metil-2-metilpropenoato) (a menudo denominado "acnlico"). Ejemplos de acnlicos adecuados incluyen plexiglas, perspex, acrillita, acriloplastico, altuglas y lucite. Alternativamente, ventajosamente la placa portadora esta hecha de un material plastico fluorado.

La placa portadora puede tener cualquier forma o tamano apropiado para su uso final. Preferiblemente, la placa portadora de la presente invencion tiene una seccion transversal rectangular.

La trayectoria de corriente predominante a traves del reactor es desde un electrodo al electrodo adyacente a traves del fluido conductor intermedio a procesar, y se evita el contacto directo entre los electrodos, tal como el que formana un cortocircuito electrico. Tambien es ventajoso para la eficacia del reactor que la separacion entre dos electrodos adyacentes en el reactor sea relativamente uniforme, para asegurar una distribucion de corriente uniforme a traves de la cara de los electrodos. Preferiblemente, la separacion entre dos electrodos medidos normales a la cara de uno de los mismos no vana mas del 30 %, preferiblemente del 20 %, preferiblemente del 10 %, preferiblemente del 5 %. Es ventajoso que la separacion entre los electrodos sea lo mas uniforme posible, ya que

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esto asegura que la resistencia del Ifquido entre una pequena area sobre la superficie de un electrodo y una pequena area equivalente sobre la superficie de un electrodo adyacente sea mas o menos la misma en este donde este la pequena area sobre el electrodo. Al asegurar que las resistencias son similares, la densidad de corriente sera similar. Por lo tanto, los "puntos calientes", que pueden causar problemas tales como distorsion o una reaccion qmmica diferente, no se desarrollaran en los electrodos y el sistema operara de manera mas eficiente.

Ventajosamente, se puede incluir una membrana semipermeable entre electrodos adyacentes. Cuando el fluido a tratar es agua, esto es particularmente ventajoso, ya que la membrana semipermeable actua como un electrodo de estado solido que transporta corriente, eliminando asf cualquier necesidad de anadir sales al agua para hacerla conductora. Esto es tambien ventajoso cuando el fluido a tratar tiene una conductividad variable.

Ademas, la membrana semipermeable actua como una barrera entre electrodos adyacentes, de tal manera que se pueden pasar fluidos diferentes a traves de las superficies de trabajo respectivas de los electrodos adyacentes sin ninguna interaccion no deseada entre los dos fluidos.

Ejemplos de membranas semipermeables adecuadas incluyen membranas disponibles comercialmente tales como NAFIONTM, fabricada por Du Pont.

El lfquido a electrolizar puede fluir de una manera de serpentina entre el primer y segundo electrodos, luego entre el segundo y tercer electrodos y asf sucesivamente hasta que ha pasado a traves de todo el reactor, de tal manera que los espacios entre los electrodos se encuentran efectivamente en serie para aumentar el tiempo de tratamiento de un volumen particular. Alternativamente, en la forma preferida del reactor, los espacios entre los electrodos pueden utilizarse eficazmente en paralelo para aumentar el volumen de lfquido tratado. La placa portadora de la presente invencion es particularmente util cuando se desea un flujo paralelo.

En cualquier caso, el flujo entre el primer y segundo y segundo y tercer electrodos, y asf sucesivamente, no proporciona un "cortocircuito" para la corriente electrica, ya que la impedancia de la trayectoria de corriente a traves del lfquido esta disenada para ser sustancialmente mayor que a traves de los electrodos. Un elemento clave de esto es proporcionar generalmente material aislante como un deflector alrededor del borde de cada electrodo para extender la longitud de la trayectoria de cortocircuito en el lfquido. Preferentemente, la funcion del deflector se proporciona generalmente mediante la placa portadora y juntas adyacentes al electrodo.

Las especies qmmicas liberadas en las superficies de los electrodos durante el proceso electroqmmico son extremadamente agresivas y pueden reaccionar y degradar una amplia gama de materiales. La mas agresiva de estas especies parece ser de corta vida, de tal manera que la qmmica es particularmente agresiva en la vecindad inmediata de la(s) superficie(s) de trabajo principal(es) de los electrodos.

Como se ha descrito anteriormente, las placas portadoras adecuadas se forman preferiblemente de material plastico, en particular, acnlico o polipropileno, preferiblemente acnlico. Sin embargo, incluso el acnlico puede ser atacado cuando esta en contacto directo con el electrodo.

Por lo tanto, el presente solicitante se ha centrado en el desarrollo de un medio por el cual los materiales que entran en contacto directo con el electrodo pueden restringirse. En consecuencia, la presente invencion proporciona un procedimiento para sellar los bordes de un electrodo con el fin de restringir, en uso, cuando se montan en una placa portadora, los materiales en contacto directo con su superficie o superficies de trabajo principales y un electrodo con sus bordes sellados de tal manera. Aunque el procedimiento se describe en la presente memoria con referencia a electrodos espedficamente, se entendera que este es un procedimiento que se puede aplicar a cualquier superficie de reaccion en la que exista la necesidad de restringir el contacto de ciertos materiales con una superficie de trabajo. Un ejemplo de una aplicacion en la que tambien puede ser util es, por ejemplo, en un reactor catalttico en el que existe el deseo de aislar la qmmica que tiene lugar en la superficie catalttica del resto del reactor.

En un aspecto adicional, la presente invencion proporciona un reactor que comprende una unidad de reaccion en la que dicha unidad de reaccion tiene al menos una superficie de trabajo y en la que la superficie de trabajo de la unidad de reaccion se afsla del resto del reactor mediante una junta alrededor de su penmetro.

Preferentemente, la junta rodea un borde de la unidad de reaccion que se extiende en una direccion perpendicular a la direccion de flujo del fluido a traves del reactor. Preferiblemente, la junta se extiende adicionalmente a traves de una porcion del area superficial de la superficie de trabajo de la unidad de reaccion alrededor de su penmetro.

Preferiblemente, los bordes del electrodo se sellan con materiales tales como siliconas y polfmeros de halocarbono, mas preferiblemente polfmeros de halocarbono, mas preferiblemente polfmeros de fluorocarbono. De manera ventajosa, estos materiales pueden proporcionarse en forma flexible, actuando como junta y proporcionando adicionalmente un grado de cumplimiento al montaje de los electrodos de diamante para cargarlos uniformemente y proporcionar un grado de amortiguacion a cualquier fluctuacion de presion, que de otro modo podna cargar y fracturar los electrodos de diamante. Esto asegura que se apliquen fuerzas directas mmimas a la unidad de reaccion.

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Ventajosamente, el cierre hermetico puede mantenerse en su lugar sobre la placa portadora mediante el uso de un anillo retenedor. Cuando se utiliza un anillo retenedor, esta preferiblemente disenado para encajar firmemente alrededor del penmetro de la junta en un plano perpendicular a la superficie de la unidad de reaccion. El anillo retenedor esta formado generalmente del mismo material que la placa portadora. Preferiblemente, el anillo retenedor esta hecho de un material plastico. Preferiblemente, el material plastico se selecciona entre polipropileno o acnlico. Preferiblemente, el material plastico es polimetilmetacrilato, preferiblemente poli(metil-2-metilpropenoato) (a menudo denominado "acnlico"). Ejemplos de acnlicos adecuados incluyen plexiglas, perspex, acrillita, acriloplastico, altuglas y lucite. Alternativamente, ventajosamente el anillo retenedor esta hecho de un material plastico fluorado.

Un procedimiento preferido es proporcionar las juntas en forma de arandelas convencionales, con una arandela colocada a cada lado del electrodo y mantenida en su lugar, por ejemplo, mediante una ranura en la placa portadora.

Un diseno preferido alternativo (ilustrado esquematicamente en la figura 7) utiliza una junta formada con una seccion transversal en "C" que envuelve el borde del electrodo que forma la junta en ambos lados. Se puede ver que, ademas de cubrir el borde de la unidad de reactor que es perpendicular a la direccion de flujo de fluido a traves del reactor, una porcion del area superficial de la unidad de reaccion tambien esta cubierta alrededor de su penmetro. Esta junta sella entonces la placa portadora o placas portadoras adyacentes y el electrodo.

En otro diseno preferente, mostrado esquematicamente en la figura 8, se utiliza una junta formada con una seccion transversal en "G" que se envuelve alrededor del borde del electrodo y del borde de la placa portadora. Esto es ventajoso porque significa que se proporciona una junta sustancialmente continua cuando las placas estan apiladas. De nuevo, la placa portadora esta totalmente protegida de la qrnmica activa que tiene lugar en la(s) superficie(s) de trabajo de la unidad de reaccion.

Aunque es ventajoso sellar los bordes de la periferia del electrodo, el presente solicitante tambien ha investigado formas en las que se puede asegurar que el sellado no impida el flujo de fluido a traves del electrodo requerido para que se produzca cualquier reaccion.

A este respecto, puede mantenerse un flujo de una de varias maneras. La primera opcion es asegurar que la cara inferior de las placas portadoras en las que se alojara el electrodo comprende ranuras estrechas. Esto tiene el efecto de que cuando la cara superior de una segunda placa portadora se coloca contra la cara inferior, se forman canales que permiten el flujo de fluido.

Alternativamente, se pueden incluir orificios en la placa portadora. Cuando se incluyen orificios en la placa portadora, preferiblemente el diametro de los orificios es mayor que aproximadamente 2 mm, preferiblemente mayor que aproximadamente 3 mm, preferiblemente mayor que aproximadamente 4 mm y mas preferiblemente aproximadamente igual a aproximadamente 5 mm. Preferiblemente, el diametro de los orificios es inferior a aproximadamente 10 mm, preferiblemente menor que aproximadamente 9 mm, preferiblemente menor que aproximadamente 8 mm.

Cuando se utiliza un anillo retenedor, se pueden proporcionar orificios en el anillo retenedor para permitir el flujo del fluido a tratar a traves de la superficie de la unidad de reaccion.

Preferentemente, se proporcionan ranuras en la cara de la junta que, en uso, estara en contacto con una placa portadora adicional cuando se apila, en uso.

Alternativamente, el electrodo sellado puede estar provisto de orificios a su traves. Ventajosamente, los orificios pueden estar revestidos con un tubo ngido, tal como un tubo de acnlico, para mejorar la rigidez de los orificios y evitar asf que se vuelvan demasiado estrechos cuando se comprime la junta.

Preferentemente, las ranuras u orificios se forman en las juntas, y preferiblemente se forman como orificios, y preferiblemente estos orificios estan revestidos con un tubo ngido. Estos orificios o ranuras estan formados para alinearse generalmente con la direccion del flujo de fluido y, por lo tanto, se situan predominantemente en la direccion paralela a la cara principal del portador en la direccion desde la abertura de entrada hasta la abertura de salida.

El reactor se monta preferiblemente en un formato modular. Preferiblemente, el reactor se forma a partir de una pluralidad de placas portadoras apiladas como se definen en la presente memoria. Preferiblemente, las placas portadoras se apilan de manera que la entrada, la salida y la abertura de una placa portadora esten alineadas con las partes correspondientes de la una o mas placas portadoras adyacentes a la misma. Preferiblemente, cada placa portadora aloja un electrodo sellado como se ha descrito anteriormente.

Un numero de tales sistemas de reactor modulares pueden estar conectados a una alimentacion y salida comunes. Por consiguiente, la presente invencion proporciona tambien un sistema de reactor modular que comprende una pluralidad de placas portadoras apiladas como se definen en la presente memoria.

Ventajosamente, las dos placas de extremo en una pila proporcionan soporte mecanico y puntos de entrada y salida para el fluido. Cuando el reactor esta constituido por una pila de un numero reducido de placas portadoras,

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preferiblemente estos puntos de entrada y salida pueden estar en una placa de extremo. Alternativamente, cuando el reactor esta compuesto por una pila de un gran numero de placas portadoras, el punto de entrada se proporciona en una placa de extremo mientras que el punto de salida se proporciona en la otra placa de extremo.

Ventajosamente, las placas portadoras se apilan en una orientacion vertical, en la que cada placa de la pila esta alineada horizontalmente con respecto a sus placas adyacentes, de tal manera que el punto de entrada se proporciona en la placa en la parte inferior de la pila y el punto de salida se proporciona en la placa en la parte superior de la pila. Cuando se bombea un lfquido a traves de la pila, cualquier gas generado es bombeado fuera del punto de salida con el lfquido. Una disposicion de este tipo es particularmente ventajosa cuando se forma gas en la reaccion electroqmmica que tiene lugar y, en particular, cuando la unidad de reaccion es un electrodo de diamante y una acumulacion de gas podna dar lugar a grietas del electrodo.

Alternativamente, ventajosamente, las placas portadoras se apilan horizontalmente, en el que cada placa en la pila esta posicionada verticalmente con respecto a sus placas adyacentes. En esta disposicion, el punto de entrada se proporciona en el extremo inferior de la primera placa en la pila y el punto de salida se proporciona en el lado superior de la primera placa en la pila o, mas preferiblemente, en la ultima placa en la pila.

Alternativamente, la pila puede estar situada en alguna orientacion entre estos dos, es decir, las placas se apilan en un angulo con respecto a la horizontal y en el que cada placa esta situada en un angulo respecto a la vertical con respecto a sus placas adyacentes. En esta disposicion, la placa definida por el eje de la placa desde la entrada a la salida y la placa definida por la direccion de apilamiento de las placas forman un plano vertical, y la direccion del flujo del fluido (despreciando la turbulencia local) tiene un componente que es verticalmente hacia arriba en todos los puntos.

La descripcion que sigue se aplica igualmente a todas las placas portadoras incluidas dentro de una pila, incluyendo las dos placas de extremo.

Preferiblemente, un electrodo esta alojado en la abertura de cada placa portadora. Preferiblemente, el electrodo tiene una junta alrededor de su periferia, como se ha detallado anteriormente. Preferiblemente, cada placa portadora tiene un numero de orificios alrededor de su periferia, incluyendo el borde superior de cada uno una junta.

Cuando las placas portadoras se apilan para formar un reactor, a medida que cada placa portadora posterior, o placa de extremo, se anade a la pila, la junta periferica alrededor del borde superior de cada orificio en la periferia de la placa portadora se comprime, formando una junta. Esto es particularmente el caso en el que se emplea un anillo retenedor como se ha descrito anteriormente. Cuando el borde del electrodo ha sido sellado, al mismo tiempo la junta en "C" rodea el borde de las juntas del electrodo con la placa.

De esta manera, una pluralidad de placas portadoras se puede apilar para formar un reactor. Tales reactores son utiles para procesar una gama de diferentes materiales de electrodo y, de hecho, pueden usarse para procesos catalfticos y procesos analfticos, asf como para tratamiento de aguas residuales. Cuando el reactor utiliza electrodos de diamante solido, la junta con el electrodo, siendo en la forma preferida una junta en "C", puede ser suave y tener baja compresion, puesto que no es imprescindible un sellado hermetico a los lfquidos, simplemente debe limitar razonablemente el flujo de una celula a la siguiente para garantizar la operacion eficiente del proceso.

La diferencia de potencial aplicada entre cualquier anodo y catodo adyacente en el reactor esta preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 20 V, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 2 a aproximadamente 18 V, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 4 a aproximadamente 15 V, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 5 a aproximadamente 12 V.

El flujo a traves del reactor desde la entrada a la salida es preferiblemente al menos aproximadamente 0,5 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 1 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 2 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 10 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 20 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 30 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 40 m3/hora. Ventajosamente, asegurando que se alcanza tal caudal, se observa una eficacia de corriente sorprendentemente elevada.

El flujo por electrodo bipolar a traves del reactor desde la entrada a la salida es preferiblemente al menos aproximadamente 0,1 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 0,2 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 0,5 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 1,0 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 2,0 m3/hora, preferiblemente al menos aproximadamente 4,0 m3/hora. Ventajosamente, asegurando que se alcanza tal caudal, se observa una eficacia de corriente sorprendentemente elevada.

Los reactores de la presente invencion se pueden definir por referencia al coeficiente de transferencia de masa y a la velocidad superficial. A este respecto, el presente solicitante ha encontrado sorprendentemente que, al usar los reactores de la presente invencion, manteniendo la velocidad superficial dentro de un intervalo especificado de valores, es posible obtener coeficientes de transferencia de masa elevados, que son indicativos de un reactor eficiente. El coeficiente de transferencia de masa para una entidad dada es una constante de la tasa de difusion que relaciona la tasa de transferencia de masa, el area de transferencia de masa y la fuerza de accionamiento del

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gradiente de concentracion. Preferiblemente, el coeficiente de transferencia de masa es al menos aproximadamente 1 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 2 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente

3 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 4 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente

5 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 6 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente

7 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 8 x 10-5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente

9 x 10-5 ms-1.

Tal como se utiliza en la presente memoria, el termino "velocidad superficial" se refiere al flujo de fluido a traves de una superficie de trabajo de la unidad de reaccion. La velocidad superficial es preferiblemente al menos aproximadamente 0,1 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 0,2 ms-1, preferiblemente al menos

aproximadamente 0,3 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 0,4 ms-1, preferiblemente al menos

aproximadamente 0,5 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 0,6 ms-1, preferiblemente al menos

aproximadamente 0,7 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 0,8 ms-1, preferiblemente al menos

aproximadamente 0,9 ms-1, preferiblemente al menos aproximadamente 1,0 ms-1.

La velocidad superficial es preferiblemente menor de aproximadamente 10 ms-1, preferiblemente menor de aproximadamente 5 ms-1, preferiblemente menor de aproximadamente 3 ms-1, preferiblemente menos de aproximadamente 2 ms-1.

Cuando la unidad de reaccion alojada en el rebaje en la placa portadora del reactor es un electrodo de diamante, se prefiere que la superficie presentada al flujo de fluido sea la superficie crecida. Este es particularmente el caso en el que el fluido a tratar comprende agua.

La densidad de corriente aplicada a los electrodos es preferiblemente al menos aproximadamente 1000 A/m2, preferiblemente al menos aproximadamente 2000 A/m2, preferiblemente al menos aproximadamente 3000 A/m2, preferiblemente al menos aproximadamente 4000 A/m2, Preferiblemente al menos aproximadamente 5000 A/m2.

Ventajosamente, los reactores de la presente invencion tienen una eficacia de corriente sorprendentemente alta. La eficacia de corriente de un reactor depende de dos variables, espedficamente el nivel de demanda qmmica de oxfgeno (COD) y el tiempo de reaccion.

La COD es una medida del equivalente en oxfgeno del material organico y del material inorganico oxidable en un efluente que puede ser oxidado qmmicamente usando dicromato en una solucion acida, como se ilustra mediante la siguiente ecuacion:

CnHaObNc + dCr2O72- + (8d + c)H+ ^ nCO2 + (a + 8d - 3c)/2 H2O + cNH/ + 2dCr3+ donde d = (2n/3) + (a/6) - (b/3) - (c/2)

A niveles elevados de COD, se observan altas eficacias de corriente. A medida que avanza la reaccion electroqmmica, el nivel de COD se reduce y, por lo tanto, la eficacia de corriente generalmente se reduce con el tiempo. Al proporcionar reactores con un caudal como se ha detallado anteriormente, se han observado eficacias de corriente sorprendentemente altas.

Cuando se trabaja a una eficacia del 100 %, 1 amperio-hora (Ah) es igual a 298,5 mg de COD. Por lo tanto, la eficiencia se puede definir como

Eficiencia = (mg COD destruido por 1 Ah/298,5)

Cuando se utiliza el reactor para la destruccion de COD, existen dos regfmenes operativos: limitados por corriente y limitados por difusion. El regimen limitado por corriente se caracteriza por la proporcion de la destruccion de la COD proporcional a la densidad de corriente. El regimen limitado por difusion se caracteriza porque la velocidad de destruccion de la COD es aproximadamente constante por encima de una cierta densidad de corriente.

En el regimen limitado por corriente, la eficiencia del reactor para la destruccion de COD como se define anteriormente es preferiblemente al menos aproximadamente del 60 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 70 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 75 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 80 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 85 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 90 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 93 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 95 %, preferiblemente al menos aproximadamente del 98 %.

Los reactores de la presente invencion son utiles para el tratamiento de diversos efluentes. Generalmente, los efluentes a tratar son lfquidos, sin embargo, aumentando el tamano de los colectores de entrada y salida y aumentando la separacion entre los electrodos, los reactores de la presente invencion tambien pueden usarse para tratar con exito el efluente que contiene solidos suspendidos.

Existen varias ventajas adicionales asociadas con el uso de los reactores de la presente invencion. En primer lugar, se ha encontrado sorprendentemente que, en comparacion con los procedimientos usados convencionalmente, se

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genera un lodo biologico mmimo, evitando as^ la necesidad de incluir una etapa de incineracion en cualquier proceso de tratamiento.

En segundo lugar, cuando se utilizan los reactores de acuerdo con la presente invencion, es posible eliminar todo el amomaco. Ademas de atacar el amomaco directamente, las protemas y aminas son atacadas y degradadas a amomaco, que luego es eliminado. Esto es una ventaja en comparacion con los procesos convencionales, en los que solo anteriormente se ha podido eliminar el nitrogeno, ya en forma de amomaco.

Sin desear estar limitado por ninguna teona en particular, se cree que la eficacia de los reactores de la presente invencion se debe a la gran concentracion de radicales hidroxilo producidos. Los radicales hidroxilo tienen una vida corta, pero son capaces de mineralizacion completa de contaminantes organicos por oxidacion. Esto se deduce de la tasa a la que se elimina la COD y del intervalo de contaminantes que pueden tratarse.

En un aspecto, el efluente a tratar puede ser agua residual, ya sea industrial o municipal, y a este respecto, la presente invencion proporciona ademas un procedimiento de tratamiento de aguas residuales en el que el agua a tratar se hace pasar a traves de un reactor, tal como define en la presente memoria. En tal caso, el agua residual es el electrolito.

En un aspecto adicional, el efluente a tratar puede ser residuo farmaceutico, y a este respecto, la presente invencion proporciona ademas un procedimiento de tratamiento de efluente farmaceutico, en el que el efluente farmaceutico a tratar se hace pasar a traves de un reactor como se define en la presente memoria.

En un aspecto adicional, el efluente a tratar pueden ser residuos de la industria alimenticia, residuos de la industria de alfombras, residuos de la industria de tinte e impresion textil, residuos de las industrias de papel y pulpa de madera, residuos petroqmmicos, residuos de hospitales, residuos de la industria qmmica, residuos de vertederos o sitios industriales contaminados, residuos de lavandenas comerciales e industriales o residuos de bioplantas. A este respecto, la presente invencion proporciona ademas un procedimiento para tratar dicho efluente, en el que el efluente a tratar se hace pasar a traves de un reactor como se define en la presente memoria.

Dependiendo de la naturaleza del lfquido a tratar, puede ser necesario anadir una o mas sales al agua residual para asegurar que es conductiva, con la conductividad preferiblemente adaptada al diseno del reactor para optimizar la eficiencia del sistema.

La naturaleza de la(s) sal(es) anadida(s) depende del efluente a tratar. En particular, puede ser deseable anadir una sal de cloruro o de sulfato al efluente a tratar. Los niveles de sal que se anadiran al lfquido a tratar se determinaran en parte mediante regulaciones de descarga y tambien, en parte, por la necesidad de evitar la formacion de subproductos no deseados. Por ejemplo, cuando el lfquido a tratar es agua, es ventajoso que se anadan sales de cloruro, porque la reaccion electroqmmica que tiene lugar produce la formacion de hipoclorito, que luego circula a traves del sistema y actua como un desinfectante, proporcionando un sistema de "limpieza en posicion". Ventajosamente, cualquier sal anadida puede ser recuperada, por ejemplo, por osmosis inversa y reciclada, si se desea.

Alternativamente o adicionalmente, se pueden anadir una o mas sales para asegurar que la impedancia electrica del fluido entre electrodos bipolares adyacentes es suficientemente baja para la operacion, y preferiblemente menor que la impedancia electrica entre las caras opuestas del electrodo bipolar.

Tal como se ha descrito anteriormente, el efluente a tratar puede incluir solidos suspendidos. Cuando el reactor es adecuado para el tratamiento de lfquido solamente, cualquier solido presente puede ser eliminado en una primera etapa. Un ejemplo de un procedimiento que se puede emplear en esta etapa es "flotacion de aire disuelto" (dAf).

Se ha encontrado que, mediante el uso de un reactor de la presente invencion, es posible reducir el contenido organico total en aguas residuales a casi cero.

Una ventaja de usar un reactor de acuerdo con la presente invencion para el tratamiento de aguas residuales es que, a diferencia de otros sistemas de uso comun, no hay necesidad de distinguir entre todas las especies en el efluente. El proceso de oxidacion es tan termodinamicamente favorable para cualquier molecula contaminante presente en el agua residual, que la reduccion qmmica de la demanda de oxfgeno (COD) es la unica etapa qmmica para la cual la cinetica es significativa. Esto significa que una simple medida de la COD es suficiente para controlar la reaccion. Con los recientes avances en los sensores electronicos de COD, se trata de una medicion que puede hacerse facilmente in situ.

Otra ventaja de los reactores de acuerdo con la presente invencion es que estan menos restringidos con respecto a la temperatura del fluido a tratar. En una reaccion electroqmmica, es generalmente el caso que habra un aumento en la temperatura del fluido a medida que la reaccion progresa. Cuando el electrodo se forma a partir de un metal, esto da como resultado una disminucion de la eficiencia debido a que la resistividad del electrodo aumentara a medida que la temperatura sube y, por lo tanto, se hacen intentos para controlar la temperatura. Por el contrario, utilizando un electrodo de diamante solido como se define en la presente memoria, se evita este problema. La resistividad del diamante dopado con boro disminuye con un aumento en la temperatura, y resulta en un aumento en la eficacia.

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A este respecto, la presente invencion proporciona un reactor que puede utilizarse en un procedimiento electroqmmico para tratar un fluido en el que el fluido esta a una temperatura superior a aproximadamente 30 °C, preferiblemente superior a aproximadamente 40 °C, preferiblemente mayor que aproximadamente 50 °C, preferiblemente mayor que aproximadamente 60 °C, preferiblemente mayor que aproximadamente 70 °C, preferiblemente mayor que aproximadamente 80 °C, preferiblemente mayor que aproximadamente 90 °C.

Preferentemente, el fluido esta a una temperatura de menos de aproximadamente 90 °C, preferiblemente de menos de aproximadamente 80 °C, preferiblemente de menos de aproximadamente 70 °C, preferiblemente de menos de aproximadamente 60 °C, preferiblemente de menos de aproximadamente 50 °C, preferiblemente menor que aproximadamente 40 °C. La temperatura de operacion preferida depende en parte de la naturaleza de cualquier sal presente. Por ejemplo, cuando el lfquido a tratar es acuoso e incluye sales de cloruro, es deseable que la temperatura sea inferior a 40 °C para evitar la formacion de subproductos organicos clorados.

La presente invencion se describe a continuacion con referencia a las siguientes figuras y ejemplos que no pretenden en modo alguno limitar el alcance de la proteccion reivindicada.

Las figuras 1(a) y 1(b) muestran electrodos bipolares de forma rectangular y circular;

La figura 2 ilustra un ejemplo de un reactor que comprende un reactor de acuerdo con la presente invencion;

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de una placa portadora adecuada para su uso con los electrodos de la presente invencion;

La figura 4 muestra una vista ampliada de un electrodo sellado de la presente invencion montado en una placa portadora;

Las figuras 5 y 6 muestran una pluralidad de placas portadoras apiladas para formar un reactor;

La figura 7 ilustra un electrodo sellado con una junta en forma de "C" de acuerdo con la presente invencion;

La figura 8 ilustra un electrodo sellado alrededor de sus bordes con una junta en forma de "G" de acuerdo con la presente invencion;

La figura 9 ilustra una seccion transversal a traves de un electrodo sellado y un anillo retenedor de acuerdo con la presente invencion; y

La figura 10 ilustra una realizacion alternativa de un reactor de acuerdo con la presente invencion.

La figura 1(a) muestra un electrodo (2) bipolar de diamante solido de forma rectangular que se puede usar en la celula electroqmmica de la presente invencion. El electrodo (2) bipolar tiene una primera superficie (4) de trabajo principal y una segunda superficie (6) de trabajo principal.

La figura 1(a) muestra un electrodo (12) bipolar de diamante solido de forma circular que se puede usar en la celula electroqmmica de la presente invencion. El electrodo (12) bipolar tiene una primera superficie (14) de trabajo principal y una segunda superficie (16) de trabajo principal.

La figura 2 muestra una seccion transversal a traves de un reactor (20) de acuerdo con la presente invencion. Un recipiente (22) que esta hecho de un acnlico contiene un electrolito (24) y tres electrodos (26) bipolares de diamante solido situados paralelos entre sf a intervalos (28) regularmente separados entre un anodo (30) y un catodo (32). En uso, se aplica una diferencia de potencial entre el anodo y el catodo. Cuando se utiliza para tratar aguas residuales, el electrolito puede ser agua residual a la que se pueden anadir sales para asegurar que es conductiva. El reactor es transparente, por lo que es posible monitorizar el flujo.

La figura 3 muestra una vista en perspectiva de una placa (40) portadora adecuada para su uso con la presente invencion. La placa portadora comprende una entrada (42), una salida (44) y una abertura (46). Un rebaje (48) esta previsto en la cara (50) superior de la placa portadora. Un electrodo (52) esta alojado en la abertura. El electrodo tiene una junta (53) alrededor de su borde para proporcionar una barrera entre la placa portadora y la superficie de trabajo del electrodo. La placa portadora incluye una serie de orificios (54) de perno para facilitar su conexion a otras placas portadoras.

La figura 4 muestra una vista ampliada de un electrodo (56) sellado como se ha descrito anteriormente. Se puede ver que el electrodo esta sellado alrededor de sus bordes (58). El electrodo se muestra alojado en la abertura (46) de una placa (40) portadora, como se muestra en la figura 3.

Las figuras 5 y 6 muestran un reactor que comprende una pluralidad de placas (40) portadoras, que alojan cada una de las mismas un electrodo (56) sellado dispuesto de manera paralela. Cada electrodo esta sellado con una junta (57). El reactor comprende ademas una placa (62) trasera y una placa (64) frontal. Ventajosamente, los electrodos pueden mantenerse en posicion mediante un anillo de bloqueo (66). Los electrodos (59) de extremo estan conectados a los terminales positivo y negativo de una fuente de alimentacion, respectivamente. El fluido a tratar es

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bombeado a traves de la entrada (60) y una porcion del fluido pasa a traves de cada una de las placas portadoras en la direccion de flujo mostrada. El fluido sale entonces del reactor a traves de la salida (63).

En la figura 7, una junta de estanqueidad formada con una seccion (72) transversal en "C" esta envuelta alrededor del borde del electrodo (74), formando la junta en ambos lados (76). Esta junta sella entonces a la placa (78) portadora. Como puede verse en la figura, esto minimiza el contacto directo entre la placa portadora y el electrodo.

En la figura 8, se utiliza una junta de estanqueidad formada con una seccion (82) transversal en "G" que se envuelve alrededor del borde del electrodo (84) y el borde de la placa (86) portadora. Esto es ventajoso, ya que asegura que no hay contacto directo entre la placa portadora o las placas (88) portadoras adyacentes y el electrodo.

La figura 9 muestra una seccion transversal de un electrodo (90) sellado de acuerdo con la presente invencion. El electrodo esta sellado con una junta (92) en forma de "C". La junta se mantiene en posicion mediante un anillo (94) retenedor. El anillo retenedor incluye orificios (96) a su traves para permitir que el fluido entre en contacto con la superficie del electrodo.

La figura 10 muestra una realizacion alternativa de un reactor que comprende un par de placas (98) portadoras, que alojan cada una de las mismas un electrodo (100) sellado dispuesto de una manera paralela. Una membrana (l02) semipermeable se coloca entre las placas portadoras adyacentes para separar los electrodos sellados adyacentes.

El termino "que comprende" abarca "que incluye", asf como "que consiste", por ejemplo, una composicion "que comprende" X puede consistir exclusivamente en X o puede incluir algo adicional, por ejemplo, X + Y.

La palabra "sustancialmente" no excluye "completamente", por ejemplo, una composicion que esta "substancialmente libre" de Y puede estar completamente libre de Y. Cuando sea necesario, la palabra "sustancialmente" puede omitirse de la definicion de la invencion.

El termino "alrededor" con respecto a un valor numerico x significa, por ejemplo, x ± 10 %.

Ejemplos Ejemplo 1

Se prepararon once electrodos utilizando el procedimiento descrito a continuacion. Se preparo un sustrato de metal refractario de alta pureza de 140 mm de diametro y 9,2 mm de espesor mediante mecanizado por electrodescarga a partir de una pieza en bruto mas grande. Las superficies del disco de metal refractario se laminaron a una rugosidad superficial (como se define mediante Ra de la superficie) entre 0,5 pmu y 2 pm. El disco de metal refractario se limpio a fondo despues usando un disolvente. Se utilizo siembra por ultrasonidos utilizando polvo de diamante de 2 pm a 4 pm en suspension en propan-2-ol para sembrar el sustrato de metal refractario antes de la deposicion de diamante.

Se utilizo una tecnica CVD de plasma de microondas para depositar una capa de diamante dopada con boro sobre el sustrato de metal refractario. La deposicion de diamante se realizo en un sistema de deposicion de CVD por microondas. El flujo total de gas estaba en la region de 3000 sccm, que comprendiendo un 1 % de metano, un 1 % de argon, equilibrio de hidrogeno, con diborano (B2H6) anadido de tal manera que la relacion de diborano a metano era del 0,06 %. La relacion exacta entre diborano y metano requerida para conseguir una determinada resistividad es una funcion sensible a las condiciones de deposicion exactas y, como sabran los expertos en la tecnica, puede variar sustancialmente entre sistemas de smtesis. El diborano se anadio con hidrogeno como diluyente, en este caso como 500 ppm de diborano en hidrogeno. El hidrogeno total en la mezcla de gases incluye el hidrogeno usado para diluir el diborano. La presion en la camara durante la deposicion fue de 18 x 103 Pa (140 Torr). La deposicion continuo hasta que el espesor de la capa fue de aproximadamente 650 pm. Al interrumpir el proceso de deposicion, la capa de diamante se retiro del sustrato de metal refractario en una sola pieza.

Despues de la retirada del sistema de deposicion, los espesores y las resistividades de los electrodos se determinaron sobre una matriz de 17 puntos. Un punto estaba situado en el centro de la oblea, ocho puntos estaban equidistantes alrededor de un cfrculo de radio de 31 mm centrado en el centro de la oblea, y ocho puntos estaban equidistantes alrededor de un cfrculo de radio de 62 mm centrado en el centro de la oblea. Para una oblea, dada como ejemplo tfpico, los espesores (en pm) medidos fueron 722, 686, 688, 698, 685, 681, 683, 681,692, 577, 564, 593, 608, 596, 601, 604 y 601, con un espesor medio de 645 pm, un espesor maximo de 722 pm (11,9 % por encima del valor medio) y un espesor mmimo de 564 pm (12,6 % por debajo del valor medio).

Las resistencias medidas en las mismas posiciones, valores (en mQ), fueron de 132, 208, 191, 177, 187, 204, 213, 217, 199, 167, 163, 195, 197, 207, 245, 240 y 233. Estos se convirtieron en valores de resistividad (en Qcm) de 0,0429, 0,0642, 0,0591, 0,0556, 0,0576, 0,0625, 0,0653, 0,0665, 0,0620, 0,0434, 0,0414, 0,0520, 0,0539, 0,0555, 0,0663, 0,0652 y 0,0630, dando un valor medio de 0,0574 Qcm, un valor maximo de resistividad de 0,0665 Qcm (15,9 % por encima de la media) y un valor mmimo de resistividad de 0,414 Qcm (27,9 % por debajo de la media).

Los datos de resistividad para los diez electrodos restantes se muestran en las tablas siguientes.

Funcionamiento: 1 2 3

A: B C A B C A B C

Punto: 17 675 223 0,0682 601 233 0,0635 725 154 0,0506

16: 640 235 0,0682 604 240 0,0657 710 174 0,0560

15: 636 231 0,0666 601 245 0,0667 670 201 0,0610

14: 641 286 0,0831 596 207 0,0559 689 223 0,0696

13: 651 262 0,0773 608 197 0,0543 674 203 0,0620

12: 658 226 0,0674 593 195 0,0524 665 180 0,0543

11: 678 209 0,0642 567 163 0,0419 683 161 0,0498

10: 670 204 0,0619 577 167 0,0437 691 132 0,0413

9: 754 167 0,0571 692 199 0,0624 780 155 0,0548

8: 748 171 0,0580 681 217 0,0670 780 154 0,0544

7: 743 185 0,0623 683 213 0,0659 778 167 0,0589

6: 742 199 0,0669 681 204 0,0630 775 179 0,0629

5: 734 198 0,0659 685 187 0,0581 774 199 0,0698

4: 744 199 0,0671 698 177 0,0560 763 199 0,0688

3: 749 186 0,0631 688 191 0,0596 769 175 0,0610

2: 739 160 0,0536 686 208 0,0647 766 189 0,0656

1: 770 122 0,0426 722 132 0,0432 796 109 0,0393

Promedio: 704 0,0643 645 0,0579 735 0,0577

Maximo: 770 0,0831 722 0,0670 796 0,0698

% desviacion: 9,3 29,2 12,0 15,7 8,4 21,1

Mmimo: 636 0,0426 567 0,0419 665 0,0393

% desviacion: 9,7 33,8 12,1 27,6 9,5 31,8

Funcionamiento: 4 5 6

A: B C A B C A B C

Punto: 17 662 222 0,0666 513 188 0,0437 717 206 0,0669

16: 647 214 0,0628 525 241 0,0573 677 208 0,0638

15: 654 261 0,0774 489 251 0,0556 651 209 0,0617

14: 642 227 0,0661 492 265 0,0591 675 296 0,0906

13: 634 209 0,0601 506 313 0,0718 676 254 0,0778

12: 623 269 0,0760 478 274 0,0594 680 220 0,0678

11: 613 258 0,0717 498 278 0,0627 671 189 0,0575

10: 647 220 0,0645 506 225 0,0516 683 169 0,0523

9: 736 298 0,0994 565 205 0,0525 774 150 0,0526

8: 732 297 0,0985 573 204 0,0530 765 150 0,0520

7: 730 301 0,0996 568 218 0,0561 757 171 0,0587

6: 728 299 0,0987 551 245 0,0612 764 189 0,0654

5: 728 294 0,0970 562 277 0,0706 758 196 0,0673

4: 731 288 0,0954 557 290 0,0732 758 172 0,0591

3: 730 290 0,0960 561 261 0,0664 762 165 0,0570

2: 741 310 0,1041 561 261 0,0664 752 150 0,0511

1: 777 212 0,0747 581 151 0,0398 778 110 0,0388

Promedio: 691 0,0828 534 0,0585 723 0,0612

Maximo: 777 0,1041 581 0,0732 778 0,0906

% desviacion: 12,4 25,7 8,7 25,1 7,5 48,0

Mmimo: 613 0,0601 478 0,0398 651 0,0388

% desviacion: 11,3 27,5 10,6 32,1 10,0 36,6

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Funcionamiento: 7 8 9

A: B C A B C A B C

Punto: 17 601 233 0,0635 565 300 0,0768 750 153 0,0520

16: 604 240 0,0657 534 310 0,0750 744 158 0,0533

15: 601 245 0,0667 538 307 0,0749 737 149 0,0498

14: 596 207 0,0559 547 357 0,0885 721 140 0,0457

13: 608 197 0,0543 536 312 0,0758 737 135 0,0451

12: 593 195 0,0524 553 266 0,0667 744 130 0,0438

11: 564 163 0,0417 566 290 0,0744 706 109 0,0349

10: 577 167 0,0437 565 252 0,0645 728 128 0,0422

9: 692 199 0,0624 623 227 0,0641 835 131 0,0496

8: 681 217 0,0670 615 244 0,0680 833 136 0,0513

7: 683 213 0,0659 632 275 0,0788 847 135 0,0518

6: 681 204 0,0630 631 294 0,0841 847 124 0,0476

5: 685 187 0,0581 619 267 0,0749 859 114 0,0444

4: 698 177 0,0560 618 245 0,0686 848 122 0,0469

3: 688 191 0,0596 619 214 0,0600 849 108 0,0416

2: 686 208 0,0647 622 220 0,0620 851 115 0,0444

1: 722 132 0,0432 642 147 0,0428 875 79 0,0313

Promedio: 645 0,0579 590 0,0706 795 0,0456

Maximo: 722 0,0670 642 0,0885 875 0,0533

% desviacion: 12,0 15,8 8,9 25,4 10,1 16,8

Mmimo: 564 0,0417 534 0,0428 706 0,0313

% desviacion: 12,5 28,0 9,4 39,4 11,2 31,3

Funcionamiento: 10

A: B C

Punto: 17 637 290 0,0837

16: 597 286 0,0774

15: 596 267 0,0721

14: 591 305 0,0817

13: 582 248 0,0654

12: 586 241 0,0640

11: 592 254 0,0682

10: 609 234 0,0646

9: 693 213 0,0669

8: 677 234 0,0718

7: 677 236 0,0724

6: 680 245 0,0755

5: 677 242 0,0743

4: 673 243 0,0741

3: 670 227 0,0689

2: 676 225 0,0689

1: 704 135 0,0431

Promedio: 642 0,0702

Maximo: 704 0,0837

% desviacion: 9,6 19,3

Mmimo: 582 0,0431

% desviacion: 9,4 38,6

En el que en las tablas de datos:

A = Espesor en pm B = Resistencia en mQ C = Resistividad en Qcm.

de las obleas crecidas se 138 mm de diametro. Los 1020 atomos/cm3.

Despues de que se hicieron las mediciones de espesor y resistividad, los bordes recortaron por laser usando un laser Nd:YAG de 1,06 pm para dar electrodos de electrodos producidos teman una concentracion media de boro de aproximadamente 3 x

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Estos electrodos se utilizaron entonces como electrodos bipolares en un reactor de acuerdo con la presente invencion para procesar aguas residuales.

Ejemplo 2

Se utilizaron cinco electrodos, fabricados de acuerdo con el Ejemplo 1, como electrodos bipolares de autopolarizacion en un reactor. Se utilizaron dos electrodos similares, adaptados para permitir que se les hicieran conexiones electricas, como anodo terminal y catodo en la celula. Los electrodos bipolares se montaron en soportes de polimetilmetacrilato (tambien denominados "acnlicos") que encajaban en un alojamiento del reactor. El anodo y el catodo se montaron en soportes ligeramente diferentes con juntas de polfmero blando (silicona) para evitar la exposicion de las conexiones electricas al lfquido que se electroliza. Los soportes permiten mantener la separacion de los electrodos en aproximadamente 20 mm. La celula electroqmmica consistio en un anodo, un catodo y cinco electrodos bipolares dentro del reactor. La diferencia de potencial requerida entre cada par de electrodos adyacentes es de aproximadamente 5 V y, por lo tanto, el anodo y el catodo se conectaron a una fuente de corriente continua (cc) capaz de suministrar altas corrientes a una tension de aproximadamente 30 V. Durante la operacion, la celula funciono a una densidad de corriente de aproximadamente 0,5 A/cm2, equivalente a una corriente total de aproximadamente 75 A.

El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico de 663 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era catodico de 663 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico o catodico de 1.326 cm2.

La celula se uso para tratar una mezcla de especies qmmicas incluyendo agua, acido sulfurico y compuestos organicos solubles en agua, tales como acetona y otras cetonas, esteres y compuestos a base de fenol. La concentracion total de compuestos organicos en la solucion fue de aproximadamente 25 g/dm3. El volumen total de lfquido a tratar era de 500 dm3.

El lfquido se bombeo alrededor de la celula de una manera de serpentina, de tal manera que paso todos los electrodos y los electrodos fueron sumergidos continuamente mediante el lfquido. El caudal a traves de la bomba era de aproximadamente 80 dm3/min. El caudal a traves del reactor por electrodo bipolar fue de 80 dm3/min.

La temperatura del lfquido durante la operacion de la celula estaba entre 40 °C y 50 °C.

Los compuestos organicos en el electrolito se oxidaron directamente en la celula en especies inorganicas simples, tales como agua, dioxido de carbono y nitrogeno. Despues de 60 minutos de operacion, la concentracion de fenol se habfa reducido hasta aproximadamente el 60 % de la concentracion inicial. Otros 60 minutos de operacion redujeron aun mas la concentracion de fenol hasta aproximadamente el 30 % de la concentracion inicial.

Ejemplo 3

Se preparo una serie de 21 electrodos de diamante dopados con boro de 138 mm de diametro, como se describe en el Ejemplo 1. Los electrodos se utilizan en un reactor similar al utilizado en el Ejemplo 2, excepto que la celula contema 21 electrodos bipolares en lugar de 5. El reactor contema tambien un anodo y un catodo como en el ejemplo anterior. El patron de flujo era un patron de flujo paralelo.

El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico de aproximadamente 5.574 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era catodico de aproximadamente 5.574 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico o catodico de aproximadamente 11.144 cm2.

La celula se uso para tratar desechos consistentes en agua que contema iones de fosfito. El procedimiento electroqmmico deseado es oxidar los iones fosfito a iones de fosfato, que pueden precipitarse posteriormente, de acuerdo con la reaccion:

HPO32- ^ PO43-

Se trato un total de 1,5 m3 de efluente basado en agua con una concentracion inicial de HPO32- de 10.080 ppm. La densidad de corriente para la celula era de 1,3-1,4 A/cm2 que requena una tension de aproximadamente 110 V. El efluente se bombeo a traves de la celula a una velocidad de aproximadamente 630 dm3/min (~38 m3/h). La celula funciono durante 2 horas y durante este periodo la concentracion de HPO32- se redujo a 150 ppm. Despues de otras 2 horas de operacion, la concentracion de HPO32- se redujo adicionalmente a 114 ppm.

El caudal a traves de la celula era de aproximadamente 30 dm3/min por electrodo bipolar.

El proceso de tratamiento representa una reduccion de la concentracion de fosfito del 98,5 %.

Ejemplo 4

Se prepararon tres electrodos de diamante dopados con boro de 138 mm de diametro, como se describe en el Ejemplo 1. Los electrodos se usaron en un reactor similar al Ejemplo 2, excepto que el reactor contema tres electrodos bipolares en lugar de cinco. El patron de flujo era un patron de flujo paralelo con un intersticio entre 5 electrodos de 3 mm.

El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico de aproximadamente 398 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era catodico de aproximadamente 398 cm2. El reactor fue operado con un area total de electrodo bipolar que era anodico o catodico de aproximadamente 796 cm2.

La celula se uso para tratar el lixiviado de vertedero que contema muchos compuestos diferentes y en gran parte no 10 identificados. El lixiviado se caracterizo por tener un nivel de demanda qmmica de oxfgeno (COD) de aproximadamente 1000 mg/dm3 y un contenido de amomaco (NH3) de aproximadamente 1000 mg/dm3. Se trato un total de 10 dm3 de efluente a una densidad de corriente de aproximadamente 1500 Am-2, el efluente se reciclo y se paso a traves de la celula a una velocidad de aproximadamente 12 dm3/min (~ 0,72 m3/hora). Despues de 4 horas, tanto el nivel de COD como el nivel de NH3 se habfan reducido a menos de 200 mg/dm3. La energfa total requerida 15 para realizar esta reduccion fue de 3 kWh.

Claims

5

10

15

20

25

REIVINDICACIONES

1. Un reactor que comprende un anodo, un catodo y al menos un electrodo bipolar que tiene una primera y segunda superficies de trabajo principales situadas entre los mismos, en el que el al menos un electrodo bipolar es un electrodo de diamante solido en lugar de un electrodo recubierto de diamante, estando el electrodo de diamante solido formado de diamante dopado con boro, teniendo el diamante dopado con boro una resistividad electrica de 1 MQcm o menor, y en el que la concentracion media de dopante de boro en una region de al menos una de las superficies de trabajo principales a una profundidad de 50 nm es de al menos 8 x 1019 atomos/cm3
2. Un reactor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el dopante de boro se dispersa uniformemente en todo el electrodo bipolar de diamante dopado con boro.
3. Un reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un electrodo bipolar tiene una resistividad electrica en el intervalo de 0,005 Qcm a 0,50 Qcm.
4. Un reactor de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el al menos un electrodo bipolar es un disco plano.
5. Un reactor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el al menos un electrodo bipolar tiene un espesor en el intervalo de 0,2 mm a 2 mm.
6. Un reactor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el al menos un electrodo bipolar tiene una superficie de trabajo principal que tiene un area de al menos 10 cm2.
7. Un reactor de acuerdo con cualquier reivindicacion anterior, en el que el al menos un electrodo bipolar tiene una vida util operativa de 0,2 x 106 Ah/m2 o mas.
8. Un procedimiento de tratamiento de un fluido, en el que el fluido a tratar se hace pasar a traves de un reactor segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. Un procedimiento de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el fluido a tratar es agua residual y en el que se aplica una densidad de corriente de al menos 1000 A/m2 a los electrodos y se aplica una diferencia de potencial en el intervalo de 0,5 a 20 V entre cualquier anodo y catodo adyacente.