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Dokumentenidentifikation DE10034386A1 24.01.2002
Titel Verfahren und Vorrichtung zur Elektrofiltration
Anmelder CREAVIS Gesellschaft für Technologie und Innovation mbH, 45772 Marl, DE
Erfinder Hying, Christian, Dipl.-Chem. Dr., 46414 Rhede, DE;
Hörpel, Gerhard, Dipl.-Chem. Dr., 48301 Nottuln, DE;
Kuppinger, Franz-Felix, Dr., 45768 Marl, DE;
Penth, Bernd, Dipl.-Chem. Dr., 66822 Lebach, DE
DE-Anmeldedatum 14.07.2000
DE-Aktenzeichen 10034386
Offenlegungstag 24.01.2002
Veröffentlichungstag im Patentblatt 24.01.2002
IPC-Hauptklasse B03C 3/00
Zusammenfassung Beansprucht werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrofiltration. Die Elektrofiltration ist ein allgemein bekanntes Verfahren, welches in der Industrie häufig eingesetzt wird, um Suspensionen, wie z. B. Fabrikationsabwässer zu reinigen. Die Apparaturen zur Elektrofiltration nach dem bekannten Stand der Technik haben den Nachteil, dass als Gegenelektroden zu Membranelektroden große Mengen teurer Metalle wie z. B. Titan, Gold, Iridium, Platin oder ähnliches eingesetzt werden müssen. Durch das erfindungsgemäße Verfahren, bei welchem die Membranelektroden bewegt werden, und die erfindungsgemäße Vorrichtung werden bessere Filtrationsergebnisse wie bei herkömmlichen Filtrationsverfahren bzw. -modulen erzielt, ohne dass große Mengen teurer Metalle für die Gegenelektroden benötigt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren und die erfindungsgemäße Vorrichtung können zur Stofftrennung eingesetzt werden.

Beschreibung[de]

Beansprucht werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Elektrofiltration.

Das Auftrennen von Stoffgemischen ist ein bei der industriellen Produktion von Stoffen häufig auftretendes Problem. Besonders häufig fallen flüssige Phasen an, die Feststoffe enthalten. Diese Feststoffe, die zum Teil als sehr kleine Feststoffpartikel in den flüssigen Phasen vorliegen, müssen häufig aus den Flüssigkeiten entfernt werden, bevor diese weiterverarbeitet werden können. Eine solche Trennaufgabe besteht z. B. in der Getränkeindustrie, in der Säfte von feinsten Feststoffbestandteilen getrennt werden sollen oder bei der Reinigung von Abwässern. Oft fallen bei der industriellen Produktion von Kunststoffen auch Emulsionen oder Latice an, in welchen der Kunststoff feinst verteilt in einer Lösung vorliegt. In diesem Fall kann der Kunststoff durch Filtration, insbesondere durch Mikro- oder Ultrafiltration von der Flüssigkeit getrennt werden. Das Retentat kann einer weiteren Aufarbeitung zugeführt werden.

Zur Auftrennung von Stoffgemischen werden seit langem Membranen eingesetzt. Bei den synthetischen Membranen unterscheidet man zwischen organischen und anorganischen Membranen.

Üblicherweise werden Membranen aus Kunststoffen oder aus anorganischen Komponenten, wie z. B. Oxiden, verwendet. Bei den bekannten Verfahren, bei denen diese Membranen eingesetzt werden, wie z. B. der Filtration, besteht immer das Problem, dass die Membranen nach relativ kurzer Verwendungszeit verstopfen. Bei der klassischen Cross-Flow-Filtration kommt es aufgrund von Ablagerungen auf der Membranoberfläche zu einer zeitlichen Abnahme des transmembranen Permeatflusses, dass heißt, die Stoffmenge, die durch die Membran bei konstantem Druck strömt, wird geringer.

Hervorgerufen wird dies durch eine Sekundärströmung senkrecht zur Wand, da ja durch die Filterporen Produkt abgezogen wird. Der Feststoff wird konvektiv an die Wand bzw. Membranoberfläche transportiert, dort zurückgehalten und auch abgelagert. Obwohl durch die hohe Überströmgeschwindigkeit in den Membranmodulen versucht wird, den Feststoff weiter in Suspension zu halten, kann der Feststoff in Wandnähe, innerhalb der laminaren Grenzschicht, nicht mehr abgelöst werden. Dadurch wird der Stoffdurchtritt durch die Membran erheblich verringert. Die Membranen müssen ausgetauscht und entweder umständlich gereinigt oder entsorgt werden.

In einigen kommerziell erhältlichen Membranfiltrationssystemen wird der Cross- Flow-Effekt nicht durch eine hohe Umpumpleistung erzielt, sondern die notwendige Strömungsgeschwindigkeit wird durch einen rotierenden Rührer, der an der Membranoberfläche vorbeistreicht, realisiert. Solche Geräte werden beispielsweise durch die Fa. Valmet-Flotec vertrieben. Auch bei diesen Membranfiltrationssystemen kommt es aufgrund von Ablagerungen auf bzw. in der Membran zu einer zeitlichen Abnahme des transmembranen Permeatflusses, dass heißt, die Stoffmenge, die durch die Membran bei konstantem Druck strömt, wird geringer.

Bei ausreichend stabilen keramischen Membranen, wie z. B. bei Rohrmembranen aus Aluminiumoxid, hat sich das Rückspülprinzip durchgesetzt. In periodischen Zeitabständen wird schlagartig für eine kurze Zeit die Durchflussrichtung umgekehrt, indem von der Rückseite ein Druckstoß appliziert wird. Dieses Prinzip hat jedoch den Nachteil, effektiv nur bei der Flüssigfiltration eingesetzt werden zu können. Darüber hinaus werden die Membranen mechanisch stark beansprucht und es gelingt schließlich doch nur, einen Teil der Anbackungen zu entfernen.

Eine weitere Möglichkeit zur Reinigung von Membranen besteht in dem Verfahren der Elektrofiltration. Verfahren und Vorrichtungen zur Elektroflltration sind im Stand der Technik lange bekannt. So werden z. B. in EP 0 165 744, EP 0 380 266 und EP 0 686 420 Verfahren beansprucht, die zur Reinigung eines Filters durch Anlegen einer Spannung und Durchführen einer Elektrolyse an dem Filter Gasblasen entstehen lassen. Die Gasblasen reinigen die Filteroberfläche, so dass längere Filterstandzeiten erreicht werden.

Auch WO 99/15260 beschreibt ein Verfahren zur Auftrennung von Stoffgemischen mittels eines stoffdurchlässigen Werkstoffes. Bei diesem Verfahren wird vorgeschlagen den Werkstoff als so genannte Membranelektrode einzusetzen und diese Membran durch kurzzeitiges Anlegen einer elektrischen Spannung durch die dabei in wässrigen Lösungen entstehende Gasblasenentwicklung, zu reinigen. Auch bei diesem Verfahren ist eine Gegenelektrode von der Größe der Membranelektrode notwendig, die, wie allgemein bekannt, vorzugsweise aus einem Edelmetall besteht.

Zum Erzielen einer ausreichenden und auf der gesamten Oberfläche der Membranelektrode gleichmäßigen Gasblasenentwicklung ist es bei all diesen Verfahren bzw. Vorrichtungen notwendig, den Abstand der Gegenelektrode zur Membranelektrode möglichst gering zu halten. Gleichzeitig muss der Abstand zwischen allen Punkten der Membranelektrode zur Gegenelektrode möglichst gleich sein, um eine gleichmäßige Stärke der Gasblasenentwicklung zu erreichen.

Die beschriebenen Verfahren haben den Nachteil, dass zum Erreichen einer gleichmäßigen Gasblasenentwicklung die Größe der Fläche der Gegenelektrode nahezu der Größe der Fläche der verwendeten Membranelektrode entsprechen muss. Dies erfordert einen hohen Materialeinsatz. Da als Gegenelektrodenmaterial zumeist teure Metalle, wie z. B. Titan, Iridium, Platin, Palladium und Gold eingesetzt werden, bedeutet ein hoher Materialeinsatz gleichzeitig hohe Kosten. Durch den Einsatz von Streckmetall- oder Gitterelektroden wird teilweise versucht, diese Kosten zu reduzieren. Solche Elektroden weisen häufig eine Grundstruktur aus Titan auf, welche mit Metallmischoxiden beschichtet ist. Solche Elektrodenmaterialien sind z. B. von Heraeus, Degussa-Hüls oder Metakem zu beziehen.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung war es deshalb, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, bei der der Materialaufwand für die Gegenelektrode kleiner ist und eine verbesserte Filtrationsleistung erreicht werden kann.

Überraschenderweise wurde gefunden, dass mit einem Verfahren gemäß Anspruch 1, bei welchem sich die Membranelektrode bewegt, der Materialaufwand wesentlich verringert werden kann. Gleichzeitig kann die Filtrationsleistung gegenüber herkömmlichen Verfahren bzw. Vorrichtungen verbessert werden.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist deshalb ein Verfahren gemäß Anspruch 1 zur Elektroflltration, bei welcher eine Membranelektrode durch Gasblasenentwicklung gereinigt wird, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die eingesetzte Membranelektrode bewegt wird.

Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung gemäß Anspruch 12 zur Elektrofiltration, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass sie zumindest eine rotierende Membranelektrode und zumindest eine Gegenelektrode, die eine kleinere Form bzw. Kontur als die Membranelektrode aufweist, umfasst.

Das erfindungsgemäße Verfahren hat den Vorteil, dass längere Filterstandzeiten erreicht werden können, bei gleichzeitiger Verbesserung der Filtrationsleistung.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat den Vorteil, dass eine wesentlich kleinere Gegenelektrode eingesetzt werden kann als bei herkömmlichen Vorrichtungen, und durch diese erhebliche Materialersparnis die Kosten für die Vorrichtung wesentlich geringer sind als bei herkömmlichen Vorrichtungen nach dem Stand der Technik.

Das erfindungsgemäße Verfahren zur Elektrofiltration von Stoffgemischen basiert auf dem Cross-Flow Prinzip in Kombination mit einer Elektrofiltration, bei welcher eine Membranelektrode durch Gasblasenentwicklung gereinigt wird. Bei den üblichen Cross-Flow-Systemen kommt es mit der Zeit, infolge von Fouling oder anderen Prozessen, an der Membranoberfläche zu einem Abfall der Filtrationsleistung. Fällt die Filtrationsleistung in der erfindungsgemäßen Vorrichtung unter einen bestimmten Grenzwert ab, so erfolgt eine Reinigung der Membranoberflächen durch Anlegen eines elektrischen Stromes.

Im Gegensatz zu den bekannten kombinierten Verfahren, bei welchen versucht wird durch eine hohe Überströmgeschwindigkeit in den Membranmodulen den Feststoff weiter in Suspension zu halten, wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren die Membranelektrode bewegt und auf diese Weise versucht, den größten Teil der Feststoffe in Suspension zu halten. Die Bewegung der Membranelektrode erfolgt sowohl während der Filtration als auch während des Reinigungsvorganges.

Es kann vorteilhaft sein, den Druck, mit welchem die zu filtrierende Flüssigkeit gegen die Retentatseite der Membranelektrode gepresst wird, während des Reinigungsvorganges zu reduzieren. Vorzugsweise werden die Druckverhältnisse während des Reinigungsvorganges so eingestellt, dass der Druck auf der Retentat- und der Permeatseite der Membranelektrode gleich ist. Es kann vorteilhaft sein, den Druck auf der Permeatseite der Membranelektrode während des Reinigungsvorgangs höher einzustellen als auf der Retentatseite um einen Strom von der Permeatseite aus die Retentatseite der Membranelektrode zu generieren, welcher den Reinigungsprozess unterstützen kann, in dem durch Gasblasenentwicklung abgelöste Feststoffpartikel von der Membranelektrode weggetragen werden. Nach der erfolgten Reinigung werden die Druckverhältnisse wieder auf die für die Filtration optimalen Bedingungen eingestellt. Übliche Drücke während der Filtration sind z. B. ein Zuführdruck von 1,2 bis 6 bar, ein Druck im Retentatablauf von 1 bis 6 bar und ein Druck auf der Permeatseite der Membran von 5,8 bis 0,2 bar.

Der Reinigungsvorgang an sich ist aus der oben beschriebenen Literatur bekannt und basiert darauf, dass an eine Membranelektrode eine Spannung angelegt wird, die genügend groß ist, um eine der im zu filtrierenden Stoffgemisch vorhandenen Flüssigkeiten zu elektrolysieren. Vorzugsweise wird Wasser elektrolysiert. An der Membranelektrode entstehen je nach Verwendung der Membranelektrode als Anode oder Kathode Gasblasen von Wasserstoff oder Sauerstoff. Es ist aber auch möglich organische Flüssigkeiten an der Membranelektrode in gasförmige Komponenten zu spalten.

Durch das Anlegen einer elektrischen Spannung wird die Membranelektrode aufgeladen, und es kommt infolge der elektrischen Spannung zu einer Gasblasenentwicklung auf der Membranoberfläche. Durch die entstehenden Gasblasen werden Anbackungen von der Oberfläche der Membran abgesprengt. Durch die Bewegung der Membranelektrode gelingt es auf einfache Weise dafür zu sorgen, dass die von der Membranelektrodenoberfläche abgelösten Feststoffpartikel von der Membranelektrode weggetragen werden. Dieser Vorgang kann durch die oben genannte Druck- bzw. die daraus resultierende Stromumkehr unterstützt werden.

Die Bewegung der Membranelektrode ist vorzugsweise eine Rotation. Durch die bei der Rotation auftretenden Fliehkräfte werden auf der Membranelektrodenoberfläche Strömungen erzeugt, die die durch die Gasblasenentwicklung abgelösten Feststoffpartikel zu den Außenseiten einer rotierenden, kreis- bzw. nahezu kreisförmigen Membranelektrode transportieren. Die Feststoffpartikel können von den Außenseiten der Membranelektrode z. B. mit dem Retentatstrom entfernt werden. Durch die Bewegung der Membranelektrode, insbesondere durch die rotierende Bewegung der Membranelektrode wird die Reinigung der Membranelektrodenoberfläche mittels Gasblasenentwicklung deutlich verbessert.

Erfindungsgemäß besonders bevorzugt rotiert die Membranelektrode während der Reinigung bzw. des Reinigungsvorganges langsamer als während der Filtration bzw. des Filtrationsvorgangs. Vorzugsweise rotiert die Membranelektrode während der Reinigung mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 0,1 bis 5 min-1. Während des Filtrationsvorgangs rotiert die Membranelektrode vorzugsweise mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1 bis 500 min-1, ganz besonders bevorzugt mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 bis 300 min-1.

Es kann aber auch vorteilhaft sein, wenn die Membranelektrode während der Reinigung und während des Filtrationsvorgangs gleich schnell rotiert. Bevorzugt sind in diesem Fall Rotationsgeschwindigkeiten von 1 bis 10 min-1, vorzugsweise von 1 bis 5 min-1.

Vorzugsweise wird für den Reinigungsvorgang eine elektrische Spannung von größer 1,5 V zwischen die Membranelektrode und zumindest eine entsprechende Gegenelektrode angelegt. Vorzugsweise wird ein Strom bzw. eine Spannung von einer Größe angelegt, die es gewährleistet, dass die Stromstärke an der Gegenelektrode größer 1 mA/cm2, vorzugsweise größer 10 mA/cm2 beträgt.

Die elektrische Spannung kann gepulst oder als Dauerspannung angelegt werden. Vorzugsweise wird eine Dauerspannung während des Reinigungsvorganges eingesetzt. Durch eine langsame Rotation des Stapels erfährt jeder Punkt der Membranoberfläche einen pulsierenden elektrischen Strom, wodurch die besten Reinigungseffekte erhalten werden. Nachdem durch die elektrische Reinigung der Membranoberfläche der Fluss wieder auf den Ausgangswert angestiegen ist oder zumindest verbessert wurde, wird die Filtration wieder im normalen stromfreien Betrieb weitergeführt. Es kann vorteilhaft sein, während der Filtration eine höhere Rotationsgeschwindigkeit zu verwenden als während des Reinigungsvorgangs.

Durch das Anlegen einer Spannung kommt es nach dem oben beschriebenen Prinzip, durch die Gasblasenentwicklung auf der Membranoberfläche, zu einer Abreinigung der Membran. Je nach verwendeter Form der Gegenelektrode entstehen die Gasblasen aber nicht über den gesamten Bereich der Membranelektrodenoberfläche. Um ein Entstehen der Gasblasen an der gesamten Membranelektrodenoberfläche zu erreichen, müssen im allgemeinen scheibenförmige Gegenelektroden von gleicher Größe wie die Membranelektrode auf beiden Seiten der Membranelektrode vorhanden sein. Dieser Zusammenhang verteuert das Elektrofiltrationsverfahren erheblich, da die Gegenelektroden edle und teure Metalle aufweisen müssen, damit die Gegenelektrode, die meistens die Anode ist, dimensionsstabil ist. Durch das erfindungsgemäße Rotieren bzw. Bewegen der Membran während des Reinigungsvorgangs ist es nun aber möglich auch Gegenelektroden zu verwenden, die eine kleinere Form als die Membranelektrode aufweisen. Es muss in diesem Fall nur sichergestellt sein, dass jeder Bereich der Membranelektrode zumindest einmal während des Reinigungsvorgangs in einen genügend kleinen Abstand zur Gegenelektrode gebracht wird. Bei einer solchen Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, kommt es jeweils nur in dem Bereich der Gegenelektroden zu einer Gasblasenentwicklung, da hier das elektrische Feld am stärksten ist. Um eine vollständige Reinigung der gesamten Membranoberfläche zu erhalten, werden die Membranelektroden durch langsame Rotation des Membranelektrodenstapels an den Gegenelektroden vorbei geführt.

Das erfindungsgemäße Verfahren kann ebenso vorteilhaft bei einer Dead-End Filtration eingesetzt werden. Bei diesem Filtrationsverfahren ist es nicht möglich, eine ausreichend hohe Überströmgeschwindigkeit der zu filtrierenden Flüssigkeit über die Membran zu erreichen. Das erfindungsgemäße Verfahren bietet hier die Möglichkeit eine Überströmgeschwindigkeit dadurch zu simulieren bzw. zu erreichen, dass die Membranelektrode erfindungsgemäß bewegt wird. Auch die Dead-End Filtration wird vorzugsweise mit einem Zuführdruck von 1,2 bis 6 bar und einem Druck auf der Permeatseite der Membran von 5,8 bis 0,2 bar durchgeführt.

Zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eignet sich besonders die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektrofiltration. Erfindungsgemäß weist diese Vorrichtung, welche im folgenden auch als Elektrofiltrationsmodul bezeichnet wird, zumindest eine rotierende Membranelektrode und zumindest eine Gegenelektrode auf. Vorzugsweise weist die Gegenelektrode eine kleinere Oberfläche als die Membranelektrode auf. Durch die Rotation der Membranelektrode werden alle Bereiche der Membranelektrodenoberfläche an der Gegenelektrode vorbeigeführt.

Erfindungsgemäß umfassen die Membranelektroden eine anorganische Membran, die den elektrischen Strom leitet. Vorzugsweise umfasst die Membranelektrode eine anorganische Membran, die auf Basis eines, den elektrischen Strom leitenden, durchbrochenen Trägers hergestellt wurde, der mit einer Titandioxid aufweisenden, anorganischen stoffdurchlässigen Beschichtung versehen wurde. Die erfindungsgemäßen Membrane lassen sich vorzugsweise durch Anlegen eines elektrischen Stromes negativ aufladen. Stoffdurchlässig im Sinne der vorliegenden Erfindung bedeutet, dass die Beschichtung Poren aufweist. Je nach Verwendungszweck (Filtrationsvorhaben) können Membrane verwendet werden, die geeignete maximale Porengrößen aufweisen, so dass Teilchen bei der Filtration zurückgehalten werden, die größer sind als die maximale Porengröße.

Als Membranelektroden werden erfindungsgemäß auf einer Achse angeordnete scheibenförmige, so genannte Membrankissen verwendet, welche vorzugsweise eine Dicke von lmm bis 30 mm, besonders bevorzugt von 1 mm bis 10 mm, aufweisen. Es ist auch möglich dünnere Membrankissen zu verwenden, wobei Einschränkungen in den Abmessungen durch die notwendige Stabilität und/oder Trennleistung vorgegeben werden. Vorzugsweise weisen die Membrankissen eine runde oder annähernd runde Form auf, wobei der maximale Durchmesser von 10 bis 100 cm, vorzugsweise von 10 bis 50 cm beträgt. Die Membrankissen weisen vorzugsweise eine Öffnung bzw. Bohrung in ihrer Mitte auf, deren äußerer Durchmesser von 1 bis 9 cm beträgt. Die Öffnung bzw. Bohrung weist ganz besonders bevorzugt einen äußere Durchmesser auf, die dem Außendurchmesser der Welle bzw. Achse entspricht.

Zur Herstellung der als Membranelektrode eingesetzten Membrankissen sind alle Membrane, die zumindest teilweise elektrisch leitend sind, geeignet. Vorzugsweise werden Membrane aus überwiegend anorganischen Bestandteilen verwendet, wie z. B. keramische Membrane oder Metallmembrane. Die Herstellung solcher keramischer Membrane wird z. B. in WO 99/15260, WO 9/15262 oder WO 96/00198 beschrieben. Metallmembrane könne z. B. Metallnetze oder -gewebe sein. Ganz besonders bevorzugt werden anorganische Membrane verwendet, die flexibel bzw. biegbar sind.

Die Membrankissen sind z. B. dadurch erhältlich, dass auf eine poröse Trägerscheibe oder eine runde oder nahezu runde, scheibenförmige Halterung, die in der Mitte eine Aussparung, vorzugsweise eine runde Aussparung, aufweist, zumindest eine anorganische Membrane, die vorzugsweise zumindest teilweise elektrisch leitfähige Eigenschaften aufweist, befestigt wird. Das Befestigen kann z. B. durch Aufkleben erfolgen wird. Dies geschieht sowohl auf der Ober- und Unterseite der Trägerscheibe. Der äußere Rand der Trägerscheibe wird entweder unter Verwendung eines geeigneten Materials versiegelt bzw. stoffundurchlässig gemacht oder ebenfalls mit einer elektrisch leitenden Membran verschlossen. Der innere Rand der Scheibe wird nicht versiegelt und nicht mit einer Membran beklebt. Auf diese Weise erhält man Membrankissen, die auf den flächigen Seiten nur für solche Stoffe durchlässig sind, deren Teilchengröße kleiner als die Porengröße der jeweils verwendeten Membrane ist. Der äußere Rand des Membrankissens ist entweder ebenso für Stoffe durchlässig wie die Seitenflächen oder völlig stoffundurchlässig. Der innere Rand des Membrankissens ist stoffdurchlässig für alle Stoffe mit einer Teilchengröße kleiner der Porengröße der porösen Trägerscheibe.

Es kann ebenso vorteilhaft sein, wenn die Membrankissen aus Membranen hergestellt werden, in welche Spacer-Materialien, Drainage-Materialien oder Vliesstoff eingearbeitet wurde. Auch solche Membrane können gemäß WO 99/15260 und/oder WO 99/15262 hergestellt werden, in dem das benötigte Spacer-Material, das Drainagematerial oder der Vliesstoff als poröses Trägermaterial eingesetzt wird, auf welches eine poröse keramische Schicht aufgebracht wird. Vorzugsweise wird eine poröse keramische Schicht aufgebracht die Titanoxid, welches durch Anlegen einer Spannung elektrisch leitend gemacht werden kann, aufweist. Aus solchen Membranen können die benötigten Membrankissen z. B. durch Ausstanzen erhalten werden, wobei die äußeren Ränder, die nach dem Ausstanzen durchlässig für Stoffe wären, mit entsprechenden Materialien, wie z. B. Klebern oder Glaslot versiegelt oder verschweißt werden müssen.

Es kann vorteilhaft sein, wenn die poröse Trägerscheibe und/oder das Spacer- Material, das Drainagematerial oder der Vliesstoff elektrisch leitend ist. Dies ist aber nicht zwingend notwendig, solange die eingesetzte Membran bzw. Membranoberfläche elektrisch leitend ausgeführt ist.

Als Gegenelektrode eignen sich insbesondere Stabelektroden. Es können aber auch anders geformte Elektroden verwendet werden, wie z. B. Scheibenelektroden oder tortenförmige Elektroden. Erfindungsgemäß weist die Gegenelektroden eine gleich große oder kleinere Form bzw. Kontur, vorzugsweise eine kleinere Form bzw. Kontur als die Membranelektrode auf. Da die erfindungsgemäß verwendeten Membranelektroden vorzugsweise kreisförmige oder zumindest vieleckige Formen bzw. Konturen aufweisen, eignen sich als Gegenelektroden besonders bevorzugt Elektroden, die als Kontur einen Kreisausschnitt aufweisen. Vorzugsweise weist der Kreisausschnitt den selben Außenradius wie die Kontur der Membranelektrode auf. Der Kreisausschnitt kann alle Größen kleiner 360 Grad aufweisen. Vorzugsweise weist die Gegenelektrode einen Kreisausschnitt (Tortenstück) von 60 bis 0,1 Grad auf. Die oben genannte Stabelektrode kann als Gegenelektrode mit sehr kleinem Kreisausschnitt angesehen werden.

Die genannten Gegenelektroden können unabhängig von ihrer Form bzw. Kontur aus den für Elektroden üblicherweise verwendeten Materialien hergestellt werden.

Vorzugsweise sind die Gegenelektroden der erfindungsgemäßen Vorrichtung aus Ti, Ir, Pt, Au, Pd oder Legierungen, die diese Metalle enthalten, hergestellt. Es kann auch vorteilhaft sein, mit den vorgenannten Metallen beschichtete Standardelektroden zu verwenden. Die Auswahl der Standardelektroden wird dadurch eingeschränkt, dass die verwendeten Elektroden oder die Grundkörper der Elektroden dimensionsstabil in Bezug auf die zu behandelnden Lösungen bzw. Stoffgemische sein müssen.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Elektrofiltration kann ein oder mehrere der oben genannten Membrankissen aufweisen. Ebenso kann die erfindungsgemäße Vorrichtung ein oder mehrere der oben genannten Gegenelektroden aufweisen. Vorzugsweise weist das erfindungsgemäße Elektrofiltrationsmodul ein Verhältnis von Gegenelektroden zu Membrankissen von 0,5 zu 1 bis 10 zu 1 auf. Ein Verhältnis von 0,5 zu 1 wird z. B. dadurch erreicht, dass zwischen zwei Membrankissen genau eine Gegenelektrode angeordnet ist.

Das erfindungsgemäße Elektrofiltrationsmodul weist zumindest ein Membrankissen auf, welches auf zumindest einer Welle, welche zumindest teilweise Öffnungen aufweist, so angeordnet ist, dass der innere Rand des Membrankissens über allen Öffnungen der Welle liegt. Es kann vorteilhaft sein, wenn nicht nur ein sondern mehrere Membrankissen auf einer solchen Welle angeordnet sind. In diesem Fall ist jeweils zumindest eine Öffnung der Welle vom inneren Rand eines Membrankissens bedeckt. Die Membrankissen werden fest auf der Welle befestigt. Dies kann auf eine dem Fachmann bekannte Weise, z. B. durch Schweißen oder Kleben erfolgen. Eine Bedingung für die Befestigung der Kissen auf der Welle ist die, dass sichergestellt sein muss, dass zwischen dem inneren Rand der Membrankissen und der Welle keine Zwischenräume bleiben, durch die Stoffe hindurchtreten können. Zwischen den einzelnen Membrankissen auf der Welle müssen so große Zwischenräume vorhanden sein, dass zumindest eine Gegenelektrode zwischen zwei Membrankissen angeordnet werden kann. Der Abstand der Membrankissen voneinander wird von der Anordnung der Öffnungen in der Welle bestimmt. Vor diesem Hintergrund ist die Anordnung der Öffnungen auf der Welle nicht beliebig, sondern muss der genannten Bedingung genügen. Es kann vorteilhaft sein, zwischen die einzelnen Membrankissen Abstandhalter vorzusehen. Eine solche Anordnung aus Welle und zumindest einem Membrankissen wird im folgenden als Membranelektrodenstapel bezeichnet.

Als Welle können elektrisch leitende hohle Gegenstände, die vorzugsweise einen runden oder quadratischen Querschnitt aufweisen, wie z. B. Metallrohre, verwendet werden. Die oben genannten Öffnungen in den Seiten der Wellen müssen von ihrer Anordnung der oben genannten Bedingung genügen, dass Membrankissen, welche über den Öffnungen angeordnet werden, einen genügend großen Abstand aufweisen. Durch diese Öffnungen kann das durch die Membran der Membrankissen hindurchgetretene Filtrat in die Welle überführt werden und durch diese Welle zu einem Behälter geleitet werden.

Das erfindungsgemäße Elektrofiltrationsmodul weist vorzugsweise zumindest eine Kammer auf, die zumindest einen Einlauf und zumindest einen Auslauf aufweist. In dieser Kammer ist des weiteren zumindest ein Membranelektrodenstapel installiert. Vorzugsweise ist der Membranelektrodenstapel in der Kammer so installiert, dass die Membrankissen im Betrieb des Elektrofiltrationsmoduls waagerecht oder senkrecht zur Standfläche der Kammer angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Membranelektrodenstapel in der Kammer derart installiert, dass die Welle in Lagern, welche in den Seitenwänden der Kammer integriert sind, ruht. An der Welle, vorzugsweise außerhalb der Kammer ist zumindest ein Antrieb installiert, der es ermöglicht, die Welle zu drehen. Vorzugsweise ist an der Welle ein Motor angebracht, der es erlaubt die Welle mit einer einstellbaren Geschwindigkeit zu drehen.

Soll das erfindungsgemäße Filtrationsmodul in einer Filtration nach dem Dead-End- Prinzip eingesetzt werden, wird der Auslauf aus der Kammer des Filtrationsmoduls während des Filtrationsvorganges verschlossen. Das Permeat wird, wie bei der Cross-Flow-Filtration, durch die Welle, auf welcher die Membrankissen angeordnet sind, aus dem Filtrationsmodul geleitet. Während oder nach dem Abreinigungsprozess kann der Ablauf aus der Kammer kurzzeitig geöffnet werden, um die abgereinigten Partikel aus der Kammer zu spülen.

In der Kammer befindet sich auch zumindest eine Gegenelektrode. Vorzugsweise befinden sich in der Kammer zumindest so viele Gegenelektroden, dass das oben genannte Verhältnis von Gegenelektroden zu Membrankissen eingehalten wird.

Vorzugsweise sind alle Gegenelektroden miteinander elektrisch leitend verbunden. Es kann vorteilhaft sein, wenn pro Membrankissen in der Kammer nicht nur eine Gegenelektrode vorhanden ist, sondern zumindest zwei oder mehr. Bei der Verwendung von mehr als einer Gegenelektrode pro Membrankissen kann es vorteilhaft sein, die Gegenelektroden so anzuordnen, dass der Winkel zwischen den Gegenelektroden, die sich auf einer Ebene zwischen den Membrankissen befinden, gleich ist.

Aus Stabilitätsgründen kann es vorteilhaft sein, an den Kopf einiger Elektroden nicht leitende Schalen zu befestigen und die Gegenelektroden so lang auszuführen, dass die nicht leitenden Schalen als Lagerschalen an der Welle anliegen. Auf diese Weise kann die Welle im Inneren der Kammer mit einem zusätzlichen Lager gestützt werden. Die Welle und damit der Membranelektrodenstapel sowie die Gegenelektroden sind mit einer Stromquelle verbunden, und zwar in der Art, dass der Membranelektrodenstapel an den einen Pol angeschlossen wird und die Gegenelektroden an den anderen Pol angeschlossen werden. Die Stromquelle liefert Strom mit einer Spannung von zumindest 1,5 V. Es kann Gleich- oder Wechselstrom eingesetzt werden, vorzugsweise wird Gleichstrom eingesetzt. Ganz besonders bevorzugt wird der Gleichstrom in der Weise eingesetzt, dass der Membranelektrodenstapel als Kathode geschaltet wird und die Gegenelektroden als Anode geschaltet werden.

Es kann vorteilhaft sein, in einer Kammer nicht nur einen Membranelektrodenstapel zu installieren, sondern mehrere. Vorteilhafterweise sind alle Membranelektrodenstapel zusammengeschaltet als eine Kathode.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Steigerung der Filtrationsleistung von Membranfiltrationssystemen bei der Filtration von Stoffgemischen z. B. nach dem Cross-Flow oder Dead-End Prinzip eingesetzt werden.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird an Hand der Abbildungen Fig. 1 bis Fig. 4 näher erläutert, ohne dass die erfindungsgemäße Vorrichtung auf diese beschränkt sein soll.

In Fig. 1 ist ein erfindungsgemäßes Elektrofiltrationsmodul schematisch dargestellt. In einer Kammer Ka, die einen Einlauf Ei und einen Auslauf Au aufweist, ist eine Welle W vorhanden, auf der mehrere Membrankissen als Membranelektroden M angeordnet sind. Die Membranelektroden sind über die Welle W, welche hohl ist und durch welche das Permeat Pe abgeführt werden kann, elektrisch mit dem Minuspol der Stromquelle (-) verbunden. Die Welle ist so angebracht, dass sie rotiert werden kann. Zwischen den Membranelektroden M sind Stabelektroden S installiert, welche untereinander elektrisch leitend verbunden sind und zusammen an dem Pluspol der Stromquelle (+) angeschlossen sind.

In Fig. 2 sind die erfindungsgemäßen Membrankissen schematisch dargestellt. Die mit MK 1a und MK 2a bezeichneten Ansichten stellen einen Schnitt durch ein erfindungsgemäßes Membrankissen dar. Die mit MK 1b und MK 2b bezeichneten Ansichten stellen die Membrankissen in der Aufsicht dar.

In Fig. 3 sind beispielhaft vier mögliche Anordnungen von Stabelektroden S im Vergleich zu den Membranelektroden M1 bis M4 dargestellt. Zusätzlich sind zwei mögliche Anordnungen von tortenförmigen, die Kontur eines Kreis- oder Ringausschnitts aufweisenden Gegenelektroden T im Vergleich zu den Membranelektroden M5 und M6 beispielhaft dargestellt.

In Fig. 4 ist die prinzipielle Funktionsweise einer Elektrofiltration dargestellt. Bei der Elektrofiltration, wie sie auch mit dem erfindungsgemäßen Elektroflltrationsmodul durchgeführt werden kann, wird ein zu filtrierender Stoffstrom im Kreis durch ein Filtrationsmodul FM gefahren. Durch den unterschiedlichen Druck auf beiden Seiten der Filtrationsmembran gelangt ein Teil des Feed-Stroms Fe gereinigt als Permeat Pe durch die Filtrationsmembran Mem in die Permeatkammer. Der überwiegende Teil des Feed-Stroms, sowie die durch die Filtrationsmembran zurückgehaltenen Partikel gelangen als Retentat R wieder zurück in die Feedvorlage FV.

Durch Anlegen einer Spannung an die Membran (-) und eine ebenfalls vorhandene Gegenelektrode (+) kommt es durch Elektrolyse zu einer Gasentwicklung an der Membran. Da die Gasentwicklung Ga direkt an der Membranoberfläche stattfindet, werden Partikel, welche die Membranoberfläche bedecken von dieser abgelöst und bei genügend hohem Strom durch das Filtrationsmodul mit dem Retentat in die Feedvorlage zurückgespült. Auf diese Weise lässt sich die Membran durch Anlegen einer Spannung an die Membran reinigen.

In Fig. 5 ist die prinzipielle Funktionsweise einer Elektrofiltration nach dem Dead- End-Prinzip dargestellt. Bei der Elektrofiltration, wie sie auch mit dem erfindungsgemäßen Elektrofiltrationsmodul durchgeführt werden kann, wird ein zu filtrierender Stoffstrom (Feed) Fe' aus der Feedvorlage FV' in ein Filtrationsmodul FM' gefahren. Durch den unterschiedlichen Druck auf beiden Seiten der Filtrationsmembran Mem' gelangt ein Teil des Feed-Stroms gereinigt als Permeat Pe' durch die Filtrationsmembran in die Permeatkammer.

Durch Anlegen einer Spannung an die Membran (-) und eine ebenfalls vorhandene Gegenelektrode (+) kommt es durch Elektrolyse zu einer Gasentwicklung Ga an der Membran. Da die Gasentwicklung direkt an der Membranoberfläche stattfindet, werden Partikel, welche die Membranoberfläche bedecken von dieser abgelöst. Auf diese Weise lässt sich die Membran durch Anlegen einer Spannung an die Membran reinigen.

In Fig. 6 und Fig. 7 sind die erhaltenen Messergebnisse für die in den Beispielen beschriebenen Versuche graphisch wiedergegeben.

Beispiel Elektrofiltration einer 1%-igen PMMA Latex-Lösung

In einer erfindungsgemäßen Filtrationsvorrichtung wurde eine Elektrofiltration eines 1%-igen Polymethylmethacrylat (PMMA) Latex bei verschiedenen Rotationsgeschwindigkeiten durchgeführt. Die Filtrationsvorrichtung wies eine Membranelektrode mit einem Außendurchmesser von 10 cm auf. Die für die Herstellung der Membranelektrode verwendete Membran hatte eine mittlere Porenweite von 0,08 µm. Als Gegenelektroden (Anoden) wurden in den Versuchen A, B und E zwei mit Platin beschichtete Stabelektroden mit rundem Profil, einer Länge von 10 cm und einem Durchmesser von 5 mm aus Titan verwendet. Die Stabelektroden waren zueinander parallel oberhalb und unterhalb der Membranelektrode in einem Abstand von 5 mm zur Membranelektrode angeordnet.

Zu Vergleichszwecken wurde in Versuch C eine Filtration vorgenommen, bei der die Versuchsparameter bis auf das Nichtanlegen eines Stroms an die Membranelektrode identisch mit denen aus Versuch A waren.

Ebenfalls zu Vergleichszwecken wurden in dem Versuch D Scheibenelektroden als Gegenelektroden verwendet. Diese waren ebenfalls mit Platin beschichtete Scheiben bzw. Ringe aus Titan, welche wiederum oberhalb und unterhalb der Membranelektrode in einem Abstand von 5 mm parallel zur Membranelektrode angeordnet waren. Im Gegensatz zur Membranelektrode waren die Scheibenelektroden nicht beweglich befestigt.

Die Versuche E bis H wurden mit der gleichen Apparatur und den gleichen Parametern wie die Versuche A bis D durchgeführt, mit dem Unterschied, dass eine andere Membranelektrode mit einer mittleren Porengröße von 0,075 µm verwendet wurde. In Versuch G wurde wie in Versuch B stromlos gemessen. Der Verlauf der Messkurven ähnelt sich entsprechend. Ebenfalls entspricht sich der Verlauf der Kurven H und D. Bei beiden Versuchen wurde die Filtration bei Anlegen eines Dauerstroms an die Membranelektrode sowie an eine Scheibenelektrode (Kreisausschnitt 360°) als Gegenelektrode durchgeführt.

Im Versuch F wurden als Elektroden Tortenelektroden mit einem Kreisausschnitt von jeweils 180° verwendet, die deckungsgleich, parallel oberhalb und unterhalb der Membranelektrode angebracht waren. Die Rotationsgeschwindigkeit betrug 10 min-1.

Im Versuch E wurde bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 1 min-1 für eine Dauer von 4,5 Stunden zuerst ohne das Anlegen eines Stromes filtriert. Nach diesem Zeitraum wurde ein Strom von 2 A angelegt.

Die Zuordnung der Kurven A bis. E zu den Versuchsparametern kann der nachfolgenden Tabelle entnommen werden.





In Fig. 6 sind die Verläufe des Permeatstromes über die Versuchszeit aufgetragen. Wie man an den Kurvenverläufen erkennen kann, ist der Permeatstrom über die Versuchsdauer von 6,5 Stunden in den Versuchen A und B nahezu konstant. Die zum Versuch C gehörige Kurve zeigt eine kontinuierliche Abnahme des Permeatstromes im Verlauf der Versuchszeit. Aus der zum Versuch D gehörigen Kurve ist zu erkennen, dass die Abnahme des Permeatstromes über die Versuchszeit bei den gewählten Versuchsparametern noch deutlich höher ist.

In Fig. 7 sind die Verläufe des Permeatstromes über die Versuchszeit für die Versuche E bis H aufgetragen. Deutlich ist der wegen der geringeren maximalen Porengröße der verwendeten Membranelektrode geringere Permeatstrom schon zu Beginn der Versuche erkennbar. Der Verlauf der Kurve zu Versuch E entspricht zu Beginn dem Verlauf der Kurve zu Versuch F, dass heißt der Permeatstrom nimmt mit der Versuchsdauer ab. Nach 4,5 Stunden, also zu dem Zeitpunkt, zu dem ein Strom an die Membranelektrode angelegt wird, steigt der Permeatstrom durch die Membran wieder an, und erreicht nach ca. einer halben Stunde fast wieder den Wert des Permeatflusses durch die Membran zu Beginn des Versuches. Die Verwendung einer Tortenelektrode mit einem Kreisausschnitt von 180° (Kurve F) zeigt eine kaum bessere Filtrationsleistung als die Kurve mit der Scheibenelektrode (Versuch E).

Die Kurve G zeigt einen ähnlichen Verlauf wie Kurve B, was nicht überraschend ist, da beide Kurven den Verlauf des Permeatstrom bei einer stromlosen Filtration wiedergeben. Die Kurven F und H sind nahezu identisch und ähneln dem Verlauf der Kurve D. Die Durchführung der Filtration mit einer Scheibenelektrode (Kreisausschnitt 360°) oder mit einer Tortenelektrode (Kreisausschnitt 180°) zeigt bei einer Rotationsgeschwindigkeit von 10 min-1 kaum Unterschiede.

Im Gegensatz zu dem Vergleichsversuch C, bei welchen die Filtration stromlos durchgeführt wird und der Permeatstrom über die Versuchsdauer kontinuierlich abnimmt, bleibt der Permeatstrom bei den Elektrofiltrationen gemäß Versuch A oder B über die gesamte Versdauer nahezu konstant. Dies ist auf die Abreinigung der Membran durch Gasblasenentwicklung zurückzuführen. Die Gasblasenentwicklung findet bei Versuch A an jeder Stelle der Membranelektrode 1 Mal pro Minute statt. Bei Versuch B findet die Gasblasenentwicklung aufgrund der höheren Rotationsgeschwindigkeit zweimal pro Minute statt, da jeder Bereich der Membranelektrode zweimal pro Minute in den Bereich der elektrischen Feldes an der Stabelektrode kommt, in welchem die Spannung groß genug ist, um das Wasser der PMMA-Lösung elektrolytisch in Wasserstoff und Sauerstoff zu spalten.

In den Versuchen H und D, bei denen eine Scheibenelektrode verwendet wurde und damit an jedem Bereich der Membranelektrode permanent eine für die Elektrolyse von Wasser genügend große Spannung angelegt war, führt die dauernde Gasblasenentwicklung zu einer noch schnelleren Abnahme des Permeatflusses. Dieses Phänomen lässt sich vermutlich dadurch erklären, dass durch die starke Gasblasenentwicklung die Poren der Membranelektroden teilweise blockiert werden und daher nicht mehr zur Filtration beitragen. Der Verlauf der Kurve F zeigt weiterhin, dass bei der Verwendung einer Tortenelektrode mit einem Kreisausschnitt von 180° und einer Rotationsgeschwindigkeit der Membranelektrode von 10 min-1 die Gasblasenentwicklung immer noch quasi dauerhaft erfolgt und somit ähnlich schlechte Filtrationsergebnisse erhalten werden, wie bei der Verwendung einer Scheibenelektrode. Aus diesem Grund ist die Verwendung von nicht zu großen Elektroden anzustreben oder bei der Verwendung von großen Elektroden (Kreisausschnitt 180°) die Rotationsgeschwindigkeit entsprechend zu drosseln.

Am Verlauf der Kurve zu Versuch E lässt sich erkennen, dass es nicht unbedingt notwendig ist, an die Membranelektrode bzw. Bereiche der Membranelektrode schon zu Beginn der Filtration in regelmäßigen Abständen eine Spannung anzulegen. Vielmehr kann es ausreichend sein, wenn das Anlegen einer Spannung an die Membranelektrode bzw. Teile davon erst erfolgt, wenn eine Abnahme des Permeatstromes auf einen bestimmten Grenzwert erfolgt ist.


Anspruch[de]
  1. 1. Verfahren zur Elektrofiltration, bei welcher eine Membranelektrode durch Gasblasenentwicklung gereinigt wird, dadurch gekennzeichnet, dass die eingesetzte Membranelektrode bewegt wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode durch Anlegen einer elektrischen Spannung aufgeladen wird, und es infolge der elektrischen Spannung zu einer Gasblasenentwicklung auf der Membranoberfläche kommt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung größer als 1,5 V ist.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrische Spannung gepulst oder als Dauerspannung angelegt wird.
  5. 5. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Stromstärke an der Membranelektrode größer 1 mA/cm2 beträgt.
  6. 6. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode rotiert.
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode während der Reinigung langsamer rotiert als während des Filtrationsvorgangs.
  8. 8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode während der, Reinigung und während des Filtrationsvorgangs gleich schnell rotiert.
  9. 9. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode während der Reinigung mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 0,1 bis 5 min-1 rotiert.
  10. 10. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode während des Filtrationsvorgangs mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 1 bis 500 min-1 rotiert.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode während des Filtrationsvorgangs mit einer Rotationsgeschwindigkeit von 100 bis 300 min-1 rotiert.
  12. 12. Vorrichtung zur Elektrofiltration, dadurch gekennzeichnet, dass sie zumindest eine rotierende Membranelektrode und zumindest eine Gegenelektrode umfasst.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Gegenelektrode eine kleinere Form bzw. Kontur aufweist als die Membranelektrode.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode eine Membran umfasst, die den elektrischen Strom leitet.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Membranelektrode eine anorganische Membrane umfasst, die auf Basis eines, den elektrischen Strom leitenden, durchbrochenen Trägers hergestellt wurden, der mit einer, Titanoxid aufweisenden, anorganischen stoffdurchlässigen Beschichtung versehen wurde.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrane durch Anlegen eines elektrischen Stromes aufgeladen werden kann.
  17. 17. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die anorganischen Membranen auf porösen, runden oder nahezu runden scheibenförmigen Trägern zu Membrankissen befestigt sind.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die scheibenförmigen Träger aus mehreren Lagen aufgebaut sein können.
  19. 19. Vorrichtung nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrankissen eine Bohrung in der Mitte aufweisen, deren äußerer Durchmesser von 1 cm bis 9 cm beträgt.
  20. 20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass der Außendurchmesser der Membrankissen von 10 bis 100 cm beträgt.
  21. 21. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 17 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die Membrankissen über eine rotierende Welle als, Membrankathode geschaltet sind.
  22. 22. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere dimensionsstabile Gegenelektroden vorhanden sind, die oberhalb und/oder unterhalb einer Membran angeordnet sind.
  23. 23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet dass die Gegenelektroden zumindest eines der Materialien Ti, Ir, Pt, Au, Pd, oder Mischungen und/oder Legierungen dieser aufweisen.
  24. 24. Vorrichtung nach zumindest einem der Ansprüche 12 bis 23, dadurch gekennzeichnet, dass eine Elektrolyse von wässrigen Lösungen durchgeführt werden kann.






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