ES2734416B2 - METHOD OF MANUFACTURING A DRY ELECTROLYTE AND DRY ELECTROLYTE - Google Patents
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Description
DESCRIPCI NDESCRIPTION
Método de fabricación de un electrolito seco y electrolito secoManufacturing method of a dry electrolyte and dry electrolyte
Campo de la invenciónField of the invention
El campo de la presente invención son los sectores de la industria que requieren líquidos conductores y que se con esta invención puedan sustituir por electrolitos secos. Como ejemplos y sin propósito de limitación, acumuladores eléctricos y baterías, procesos electrolíticos, el sector industrial de electro-pulido de superficies metálicas entre muchos otros.The field of the present invention are the sectors of the industry that require conductive liquids and that with this invention can be replaced by dry electrolytes. As examples and without limitation, electric accumulators and batteries, electrolytic processes, the industrial sector of electro-polishing of metallic surfaces among many others.
Objeto de la invenciónObject of the invention
El objeto de esta invención se refiere a un método para fabricar un electrolito seco basado en partículas porosas preferentemente fabricadas mediante polímeros o resinas, y también el electrolito seco producido por este método.The object of this invention relates to a method for manufacturing a dry electrolyte based on porous particles preferably manufactured by polymers or resins, and also the dry electrolyte produced by this method.
Antecedentes de la invenciónBackground of the invention
En numerosas aplicaciones y sectores de la industria se requiere el uso de líquidos conductores o electrolitos líquidos. Los electrolitos líquidos se encuentran en aplicaciones tan diversas como acumuladores eléctricos y baterías, procesos electrolíticos, y en el sector de electro-pulidos entre otros muchos.In many applications and industry sectors the use of conductive liquids or liquid electrolytes is required. Liquid electrolytes are found in applications as diverse as electrical accumulators and batteries, electrolytic processes, and in the electro-polishing sector among many others.
Los electrolitos líquidos son soluciones acuosas o de otros disolventes que contienen sustancias disueltas que proporcionan una conductividad eléctrica. En muchas aplicaciones, los electrolitos líquidos son corrosivos, nocivos y/o tóxicos, lo que supone un peligro ya sea por las características del líquido directamente o por emanación de gases como por ejemplo pasa en los electrolitos líquidos que contienen ácido sulfúrico y ácido clorhídrico. Esto presenta graves inconvenientes en el manejo de estos electrolitos líquidos, ya que plantea serios problemas de seguridad, tanto en su preparación como en su uso. Del mismo modo, el tratamiento posterior a su vida útil requiere procesos especiales y costosos. Liquid electrolytes are aqueous or other solvent solutions that contain dissolved substances that provide electrical conductivity. In many applications, liquid electrolytes are corrosive, harmful and / or toxic, which represents a danger either due to the characteristics of the liquid directly or due to the emanation of gases, such as occurs in liquid electrolytes that contain sulfuric acid and hydrochloric acid. This presents serious drawbacks in the handling of these liquid electrolytes, since it poses serious safety problems, both in their preparation and in their use. Similarly, post-life treatment requires special and expensive processes.
Uno de los usos de electrolitos líquidos es en el campo de electro-pulido de metales. Las tecnologías de electro-pulido actuales advierten una reducción de hasta el 50% de la rugosidad inicial. Esto implica que las piezas con alta rugosidad inicial deben tratarse previamente con otro método de pulido para lograr resultados aceptables, lo que aumenta el tiempo y los costos generales.One of the uses of liquid electrolytes is in the field of electro-polishing of metals. Current electro-polishing technologies warn a reduction of up to 50% of the initial roughness. This implies that parts with high initial roughness must be pre-treated with another polishing method to achieve acceptable results, increasing time and overall costs.
El mismo solicitante desarrolló una tecnología para superar esas limitaciones en el sector de electro-pulidos. La patente ES201630542 presenta un proceso para alisado y pulido de metales por transporte iónico mediante cuerpos sólidos libres. Dichos cuerpos sólidos libres quedan descritos de manera que pueden tener una forma y dimensión variables y que poseen porosidad y afinidad para retener una cierta cantidad de líquido.The same applicant developed a technology to overcome these limitations in the electro-polishing sector. Patent ES201630542 presents a process for smoothing and polishing metals by ionic transport through free solid bodies. Said free solid bodies are described in such a way that they can have a variable shape and dimension and that they have porosity and affinity to retain a certain amount of liquid.
Una resina o polímero de intercambio iónico es una matriz insoluble de resina o polímero que tiene grupos funcionales que permiten atrapar y liberar iones de un medio líquido. Sus usos principales son el ablandamiento de agua, purificación de agua, catálisis en reacciones orgánicas y en preparación de fármacos.An ion exchange resin or polymer is an insoluble matrix of resin or polymer that has functional groups that allow it to trap and release ions from a liquid medium. Its main uses are water softening, water purification, catalysis in organic reactions and in drug preparation.
Descripción de la invenciónDescription of the invention
Un electrolito seco comprende un conjunto de partículas porosas con la capacidad para retener cierta cantidad de líquido, y un líquido eléctricamente conductor retenido en dichas partículas.A dry electrolyte comprises a set of porous particles with the ability to retain a certain amount of liquid, and an electrically conductive liquid retained in said particles.
La presente invención es método de fabricación de un electrolito seco caracterizado porque comprende una etapa de adición de un líquido conductor a unas partículas porosas, es decir con capacidad para retener cierta cantidad de líquido, fabricadas con resinas o polímeros de intercambio iónico, así como el electrolito seco fabricado mediante dicho método. The present invention is a method of manufacturing a dry electrolyte characterized in that it comprises a step of adding a conductive liquid to porous particles, that is, with the capacity to retain a certain amount of liquid, made with ion exchange resins or polymers, as well as the dry electrolyte manufactured by said method.
Una resina o polímero de intercambio iónico es una matriz insoluble de resina o polímero que tiene grupos funcionales que permiten atrapar y liberar iones de un medio líquido.An ion exchange resin or polymer is an insoluble matrix of resin or polymer that has functional groups that allow it to trap and release ions from a liquid medium.
En los usos habituales de las resinas de intercambio iónico tal como en el ablandamiento de agua, purificación de agua, catálisis en reacciones orgánicas o en preparación de fármacos, las partículas de resina se encuentran en un medio líquido. In common uses of ion exchange resins such as in water softening, water purification, catalysis in organic reactions or in drug preparation, the resin particles are in a liquid medium.
A pesar de que las resinas y polímeros de intercambio iónico son ampliamente conocidas y usadas en varios ámbitos, nunca se han utilizado resinas o polímeros de intercambio iónico para retener líquidos eléctricamente conductores con el fin de fabricar un electrolito. El solicitante no ha encontrado ninguna referencia ni indicio en el estado del arte de la utilización de resinas y polímeros de intercambio iónico como base para producir un electrolito seco.Although ion exchange resins and polymers are widely known and used in various fields, ion exchange resins or polymers have never been used to retain electrically conductive liquids for the purpose of making an electrolyte. The applicant has not found any reference or indication in the state of the art of the use of ion exchange resins and polymers as a base to produce a dry electrolyte.
Además, una gran ventaja del uso de resinas o polímeros de intercambio iónico es el hecho de que se pueden reciclar y reutilizar. Con el proceso adecuado es posible extraer, efluir o eliminar de las partículas los elementos contaminantes. Por lo que las partículas recicladas se pueden volver a usar, lo que tiene la ventaja de reducir residuos y el impacto ambiental de su uso.Also, a great advantage of using ion exchange resins or polymers is the fact that they can be recycled and reused. With the appropriate process it is possible to extract, efflux or eliminate the polluting elements from the particles. So the recycled particles can be reused, which has the advantage of reducing waste and the environmental impact of their use.
El uso de resinas o polímeros de intercambio iónico para retener líquidos eléctricamente conductores y producir un electrolito seco útil para el pulido de piezas en un medio gaseoso es nuevo e inventivo.The use of ion exchange resins or polymers to retain electrically conductive liquids and produce a dry electrolyte useful for polishing parts in a gaseous medium is new and inventive.
Preferentemente, estas resinas o polímeros de intercambio iónico, son derivados de polyestireno o polyestireno-divinilbenzeno sulfonados. Por un lado, las resinas de intercambio iónico basadas en poliestireno-divinilbenzeno sulfonados tienen una elevada porosidad que permite una alta retención de líquidos en su interior, lo cual aumenta la capacidad del electrolito seco. Por otro lado, las resinas de intercambio iónico basadas en poliestireno-divinilbenzeno sulfonados al presentar grupos funcionales sulfónico con propiedades iónicas contribuyen a aumentar la conductividad del líquido retenido. Finalmente, cuando el electrolito seco fabricado con resinas de intercambio iónico basadas en poliestireno-divinilbenzeno sulfonados se usa para electro-pulido, estos grupos funcionales retienen los iones metálicos generados en los varios procesos. These ion exchange resins or polymers are preferably sulfonated polystyrene or polystyrene-divinylbenzene derivatives. On the one hand, the ionic exchange resins based on sulfonated polystyrene-divinylbenzene have a high porosity that allows a high retention of liquids in their interior, which increases the capacity of the dry electrolyte. On the other hand, ionic exchange resins based on sulfonated polystyrene-divinylbenzene, by presenting sulfonic functional groups with ionic properties, contribute to increase the conductivity of the retained liquid. Finally, when the dry electrolyte made with sulfonated polystyrene-divinylbenzene-based ion exchange resins is used for electropolishing, these functional groups retain the metal ions generated in the various processes.
En otras realizaciones preferentes, dichas partículas pueden estar basadas en polímeros con grupos funcionales ácido carboxílico, amino, o amonio, entre otros. Estos grupos funcionales son capaces de retener iones generados y son activos en los procesos de intercambio iónico.In other preferred embodiments, said particles can be based on polymers with carboxylic acid, amino, or ammonium functional groups, among others. These functional groups are capable of retaining generated ions and are active in ion exchange processes.
Preferentemente, las partículas porosas tienen una forma esférica. El hecho de que sean esféricas permite un movimiento de rodamiento de la partícula por encima de las superficies, lo cual redunda en más puntos de contacto y más actividad eléctrica. Asimismo es la geometría que permite retener mayor cantidad de líquido con menor superficie externa.Preferably, the porous particles have a spherical shape. The fact that they are spherical allows a rolling movement of the particle above the surfaces, which results in more points of contact and more electrical activity. It is also the geometry that allows the retention of a greater quantity of liquid with a smaller external surface.
Preferentemente las partículas porosas esféricas tienen un tamaño en un rango de 0.1 a 1 mm de diámetro. En procesos de electro-pulido, el tamaño de la partícula determina, en parte, el nivel de pulido final. Partículas de un tamaño mayor tienen más facilidad para rodar, pero menos penetración en las cavidades y oclusiones de las piezas a pulir. Partículas de un tamaño inferior a tienen más penetración, pero no eliminan la macro-rugosidad de manera eficiente. Empíricamente, partículas en un rango de 0.1 a 1 mm de diámetro tienen la capacidad optima de rodar por la superficie, penetración suficiente en la mayoría de casos y buena efectividad para eliminar la macro y mirco-rugosidad.Preferably the spherical porous particles have a size in a range of 0.1 to 1 mm in diameter. In electropolishing processes, the particle size determines, in part, the final polishing level. Larger size particles are easier to roll, but less penetration into cavities and occlusions of the pieces to be polished. Particles of a size smaller than have more penetration, but do not remove macro-roughness efficiently. Empirically, particles in a range of 0.1 to 1 mm in diameter have the optimal ability to roll across the surface, sufficient penetration in most cases, and good effectiveness in eliminating macro and micro-roughness.
El líquido retenido en las partículas debe ser eléctricamente conductor. El líquido conductor puede estar compuesto por uno o más disolventes y uno o más solutos, disociados o no.The liquid retained in the particles must be electrically conductive. The conductive liquid can be composed of one or more solvents and one or more solutes, dissociated or not.
El disolvente es preferentemente un disolvente polar, como por ejemplo sin propósito de limitación, agua, alcoholes, DMSO, acetonitrilo. Entre los disolventes polares, el agua es uno de los disolventes preferidos debido a su polaridad y conductividad eléctrica.The solvent is preferably a polar solvent, such as, without limitation, water, alcohols, DMSO, acetonitrile. Among the polar solvents, water is one of the preferred solvents due to its polarity and electrical conductivity.
El uso de ácidos como parte del líquido conductor favorece el proceso al aumentar la conductividad. El protón o el ion hidronio (H+ o H3O+) es el ion con una movilidad iónica en agua y en otros disolventes más alta. Por eso, líquidos conductores con presencia de ácidos, que aumentan la cantidad de protones en el medio, tienen el efecto de aumentar la conductividad eléctrica. Entre los ácidos, preferentemente es el uso de ácidos fuertes (pAa< 2) ya que están más disociados, por lo que presentan una conductividad eléctrica más alta. The use of acids as part of the conductive liquid favors the process by increasing the conductivity. The proton or hydronium ion (H + or H 3 O +) is the ion with the highest ion mobility in water and other solvents. Therefore, conductive liquids with the presence of acids, which increase the amount of protons in the medium, have the effect of increasing the electrical conductivity. Among the acids, it is preferably the use of strong acids (pAa <2) since they are more dissociated, so they have a higher electrical conductivity.
La cantidad de líquido conductor necesaria para preparar el electrolito seco tiene que estar dentro de un rango. La cantidad de líquido conductor mínima es la que permita una conductividad eléctrica medible a través del electrolito seco. La cantidad de líquido conductor máxima debe estar por debajo del punto de saturación de la resina.The amount of conductive liquid needed to prepare the dry electrolyte has to be within a range. The minimum amount of conductive liquid is that which allows measurable electrical conductivity through the dry electrolyte. The maximum amount of conductive liquid must be below the saturation point of the resin.
El punto de saturación de la resina de intercambio iónico se define como el punto en el que la resina no admite más cantidad de líquido. Por encima de este punto, añadir más liquido generaría la presencia de líquido libre, es decir no retenido por la resina, y por lo tanto, no sería un electrolito "seco". El hecho de tener el líquido conductor retenido en las partículas, y por lo tanto no tener liquido libre, aumenta notablemente la seguridad de los o electrolitos secos versus los electrolitos líquidos convencionales. En este caso se reducen los riesgos por derrame y de quemaduras químicas. Por ejemplo, electrolitos secos que contienen ácido sulfúrico no producen efectos negativos en la piel en periodos cortos de contacto. Además, se ha comprobado empíricamente que la emanación de gases se reduce en comparación a un electrolito líquido, ya que en el caso de la presente invención el líquido se encuentra retenido dentro de las partículas y sus poros. Por ejemplo, de electrolitos secos que contienen ácido clorhídrico no emana ningún gas detectable.The saturation point of the ion exchange resin is defined as the point at which the resin does not admit more liquid. Above this point, adding more liquid would generate the presence of free liquid, that is, not retained by the resin, and therefore, it would not be a "dry" electrolyte. The fact of having the conductive liquid retained in the particles, and therefore not having free liquid, notably increases the safety of dry electrolytes versus conventional liquid electrolytes. In this case the risks of spillage and chemical burns are reduced. For example, dry electrolytes that contain sulfuric acid do not produce negative effects on the skin in short periods of contact. Furthermore, it has been empirically verified that the emanation of gases is reduced compared to a liquid electrolyte, since in the case of the present invention the liquid is retained within the particles and their pores. For example, dry electrolytes containing hydrochloric acid do not emanate any detectable gas.
Preferentemente la cantidad de líquido conductor está cerca, pero por debajo del punto de saturación.Preferably the amount of conductive liquid is close to, but below the saturation point.
La cantidad de líquido depende de cada caso, del líquido usado, del tipo de resina, de la temperatura, etc, por lo que debe ser determinada empíricamente en cada formulación. Por ejemplo, la cantidad óptima de líquido conductor en relación con una resina de intercambio iónico AMBERLITE 252RFH está entre el 40 y el 50%.The amount of liquid depends on each case, the liquid used, the type of resin, the temperature, etc., so it must be determined empirically in each formulation. For example, the optimal amount of conductive liquid in relation to an AMBERLITE 252RFH ion exchange resin is between 40 and 50%.
El método de fabricación de un electrolito seco incluye una etapa de adición del líquido conductor en la resina o polímero de intercambio iónico. Este proceso de adición se puede dar en una etapa o en varias, depende del líquido.The method of manufacturing a dry electrolyte includes a step of adding the conductive liquid to the ion exchange resin or polymer. This addition process can take place in one or several stages, depending on the liquid.
Por ejemplo, cuando el líquido conductor es ácido clorhídrico, este se adiciona rápidamente y por lo tanto puede realizarse en una sola etapa. Por el contrario, cuando el líquido conductor es el ácido metanosulfonico, la adición del líquido conductor debe realizarse en varias etapas para asegurar un adicionamiento rápido puesto que en caso de realizar la adición del líquido en una única etapa las superficies de las partículas de resina o polímero se saturan y retrasan la impregnación del interior de la particular. For example, when the conductive liquid is hydrochloric acid, it is added rapidly and can therefore be done in a single stage. On the contrary, when the conductive liquid is methanesulfonic acid, the addition of the conductive liquid must be carried out in several stages to ensure rapid addition since in case After adding the liquid in a single stage, the surfaces of the resin or polymer particles become saturated and delay the impregnation of the interior of the particle.
En una realización preferente hay una etapa de mezcla de diferentes líquidos (al menos uno es eléctricamente conductor) previa a la etapa de adición del líquido a la partícula de resina o polímero de intercambio iónico. En ciertas ocasiones cuando el líquido conductor a adicionar a la partícula provoca un adicionamiento lento (por ejemplo, un ácido), es interesante añadir segundo líquido un líquido (por ejemplo, agua) para mejorar la rapidez del adicionamiento del líquido conductor. La etapa de mezcla puede ser previa o simultánea a la etapa de adición del líquido conductor a la partícula. In a preferred embodiment there is a stage of mixing different liquids (at least one is electrically conductive) prior to the stage of adding the liquid to the ion exchange polymer or resin particle. On certain occasions when the conductive liquid to be added to the particle causes a slow addition (for example, an acid), it is interesting to add a second liquid to a liquid (for example, water) to improve the speed of the addition of the conductive liquid. The mixing stage can be prior or simultaneous to the stage of adding the conductive liquid to the particle.
En una realización preferente, la etapa de adición del líquido conductor en la resina o polímero de intercambio iónico se realiza mediante inmersión de las partículas de intercambio iónico con una cierta cantidad de líquido conductor, de manera que las partículas se encuentran en inmersión en un exceso de líquido libre.In a preferred embodiment, the step of adding the conductive liquid to the ion exchange resin or polymer is carried out by immersing the ion exchange particles with a certain amount of conductive liquid, so that the particles are immersed in an excess of free liquid.
La mezcla de intercambio iónico con el líquido conductor, preferentemente, se deja un tiempo de equilibrio suficiente para que el líquido libre y el líquido retenido tengan la misma composición. Durante el tiempo de equilibrio la mezcla preferentemente es agitada para favorecer la equilibración de los líquidos. Durante el tiempo de equilibrio, la mezcla preferentemente debe estar a una temperatura por encima de la temperatura ambiente, por ejemplo a 60 °C, con el objetivo de incrementar el intercambio de líquidos con la fase gel de la resina.The ion exchange mixture with the conductive liquid is preferably left for a sufficient equilibrium time so that the free liquid and the retained liquid have the same composition. During the equilibrium time, the mixture is preferably agitated to favor the equilibration of the liquids. During the equilibrium time, the mixture should preferably be at a temperature above room temperature, for example 60 ° C, in order to increase the exchange of liquids with the gel phase of the resin.
La composición final de la mezcla se puede calcular considerando la cantidad de líquido retenido en las partículas inicialmente y la cantidad y composición del líquido conductor. The final composition of the mixture can be calculated considering the amount of liquid initially retained in the particles and the amount and composition of the conductive liquid.
Este proceso asegura una impregnación completa y homogénea de las partículas, lo que redunda en una mayor homogeneidad en su conductividad.This process ensures a complete and homogeneous impregnation of the particles, which results in a greater homogeneity in their conductivity.
El método de fabricación también comprende preferentemente una etapa de limpieza de la resina o polímero de intercambio iónico previa a la etapa de adición del líquido conductor.The manufacturing method also preferably comprises a step of cleaning the ion exchange resin or polymer prior to the step of adding the conductive liquid.
Durante el proceso de producción de las resinas o polímeros de intercambio iónico resulta inevitable la formación de oligómeros que no forman parte de la resina o polímero. Comercialmente son asequibles resinas o polímeros de intercambio iónico que contienen estos oligómeros. Estos oligómeros pueden tener efectos negativos en procesos en los que se usan electrolitos secos, por lo que es preferente una etapa de limpieza de la resina.During the production process of ion exchange resins or polymers, the formation of oligomers that are not part of the resin or polymer is inevitable. Ion exchange resins or polymers containing these oligomers are commercially available. These oligomers can have negative effects on processes in which dry electrolytes are used, therefore a resin cleaning step is preferred.
El proceso de preparación de un electrolito seco puede incluir un primer paso de limpieza de la resina. Este proceso de limpieza puede ser un proceso de extracción solido-liquido, en el que un disolvente elimina de la resina los elementos solubles. Aunque se pueden usar otros disolventes, preferentemente, el disolvente a usar es agua. El agua o disolvente usados pueden estar en condiciones neutras, ácidas o básicas, a temperatura ambiente o a alta temperatura para aumentar la solubilidad de las impurezas y así arrastrar los diferentes tipos de impurezas más fácilmente.The process of preparing a dry electrolyte may include a first step of cleaning the resin. This cleaning process can be a solid-liquid extraction process, in which a solvent removes soluble elements from the resin. Although other solvents can be used, preferably, the solvent to be used is water. The water or solvent used can be in neutral, acidic or basic conditions, at room temperature or at high temperature to increase the solubility of the impurities and thus carry the different types of impurities more easily.
El método de fabricación comprende preferentemente una etapa de secado o eliminación del exceso de disolvente previa o posterior a la etapa adición del líquido conductor.The manufacturing method preferably comprises a step of drying or eliminating the excess solvent before or after the addition of the conductive liquid.
El proceso de preparación del electrolito seco puede incluir una o más etapa de secado para reducir la cantidad de agua o disolvente presente en la resina de intercambio iónico y evitar así que se enganchen las partículas.The dry electrolyte preparation process may include one or more drying steps to reduce the amount of water or solvent present in the ion exchange resin and thus prevent particles from sticking.
La etapa o etapas de secado pueden producirse antes y/o después de la etapa de adición de líquido conductor.The drying step or steps may occur before and / or after the conductive liquid addition step.
Este proceso de secado puede llevarse a cabo, por ejemplo, mecánicamente por filtración, centrifugación, térmicamente, por conducción, mediante una corriente de aire o gas, con un lecho fluidificado, usando vacío, entre otros muchos métodos de eliminación de disolvente. También es posible el uso de una combinación de los métodos anteriores, ya sea de manera simultánea o secuencial. En caso de que el líquido conductor contenga un compuesto volátil o que genere gases, de haber un proceso de secado, preferentemente este tendrá lugar con anterioridad a la adición del líquido conductor. Por ejemplo, si el líquido es ácido clorhídrico el secado posterior elimina antes el ácido clorhídrico que el agua.This drying process can be carried out, for example, mechanically by filtration, centrifugation, thermally, by conduction, by means of a stream of air or gas, with a fluidized bed, using vacuum, among many other methods of solvent removal. It is also possible to use a combination of the above methods, either simultaneously or sequentially. In the event that the conductive liquid contains a volatile compound or that generates gases, if there is a drying process, it will preferably take place prior to the addition of the conductive liquid. For example, if the liquid is hydrochloric acid, subsequent drying removes the hydrochloric acid earlier than the water.
El secado anterior a la etapa de adición del líquido es para vaciar la partícula de resina o polímero del líquido que pudiera contener y posibilitar así el llenado posterior de la partícula con liquido conductor.The drying prior to the liquid addition stage is to empty the resin or polymer particle of the liquid that it may contain and thus enable the subsequent filling of the particle with conductive liquid.
El secado posterior a la etapa de adición del líquido es para eliminar el exceso de líquido y dejar el electrolito en el punto adecuado de humectación y reología. Es decir, un punto en el que las partículas no tengan humectación superficial. Para conseguir este fin, un método adecuado es poner en contacto las partículas con exceso de electrolito líquido con un agente absorbente, un cierto tiempo de secado por contacto y una separación de las partículas del agente absorbente. Dicho agente absorbente pueden ser partículas, polvos, gránulos, tejidos, geles, entre otros.Drying after the liquid addition step is to remove excess liquid and leave the electrolyte at the proper point of wetting and rheology. That is to say, a point where the particles have no surface wetting. To achieve this end, a suitable method is to contact the particles with excess liquid electrolyte with an absorbent agent, a certain contact drying time and a separation of the particles from the absorbent agent. Said absorbent agent can be particles, powders, granules, fabrics, gels, among others.
En una realización preferente, dicho agente absorbente son partículas absorbentes secas o parcialmente secas de un tamaño significativamente diferente al tamaño de las partículas a secar. De este modo, el proceso de separación de las partículas cargadas con electrólito del agente absorbente puede ser una separación por tamaño. In a preferred embodiment, said absorbent agent is dry or partially dry absorbent particles of a size significantly different from the size of the particles to be dried. Thus, the process of separating the electrolyte-charged particles from the absorbent agent can be size separation.
En una realización preferente dicho agente absorbente son partículas de intercambio iónico secas o parcialmente secas. Preferentemente se usa el mínimo necesario de partículas de intercambio iónico secas o parcialmente secas para eliminar el exceso de líquido, de este modo es posible obviar la etapa de separación del agente absorbente. In a preferred embodiment said absorbent agent is dry or partially dry ion exchange particles. Preferably the necessary minimum of dry or partially dry ion exchange particles is used to remove excess liquid, thus it is possible to bypass the step of separating the absorbent agent.
En caso de que el método de fabricación del electrolito seco comprenda una etapa de limpieza, una etapa de secado y una etapa de adición del líquido conductor en este orden y además el líquido conductor a añadir a la partícula contenga el mismo disolvente usado en el proceso de limpieza, la cantidad de disolvente a eliminar de la partícula en la etapa de secado se puede ajustar con la cantidad de disolvente a adicionar a la partícula en la etapa de adición. Por ejemplo, se podría eliminar menos disolvente y añadir una solución más concentrada reduciendo así el tiempo y energía de preparación del electrolito seco.In the event that the dry electrolyte manufacturing method comprises a cleaning step, a drying step and a step for adding the conductive liquid in this order and also the conductive liquid to be added to the particle contains the same solvent used in the process For cleaning, the amount of solvent to be removed from the particle in the drying step can be adjusted with the amount of solvent to be added to the particle in the addition step. For example, less solvent could be removed and a more concentrated solution added thereby reducing the time and energy to prepare the dry electrolyte.
Como ha quedo explicado en esta descripción, los electrolitos secos basados en resinas de intercambio iónico, así como el método para su preparación, son invenciones no obvias que suponen una mejora sobre el estado actual de la técnica y tienen un amplio campo de aplicaciones.As has been explained in this description, the dry electrolytes based on ion exchange resins, as well as the method for their preparation, are non-obvious inventions that represent an improvement over the current state of the art and have a wide field of applications.
Ejemplo de realización de la invenciónExample of embodiment of the invention
Ejemplo de una etapa de limpieza de la resina de intercambio iónico Example of an ion exchange resin cleaning step
A 3 kg de resina de intercambio iónico AMBERLITE 252RFH se le añaden 5 L de agua destilada. Se eleva la temperatura de la mezcla hasta los 100 °C y se mantienen durante 20 minutos. La resina se filtra y el proceso se repite otras tres veces.To 3 kg of AMBERLITE 252RFH ion exchange resin add 5 L of distilled water. The temperature of the mixture is raised to 100 ° C and they are kept for 20 minutes. The resin is filtered and the process is repeated another three times.
Ejemplo de una etapa de secado o de eliminación de disolvente de la resina de intercambio iónico previa a la etapa de adición del líquido conductor.Example of a step for drying or removing the solvent from the ion exchange resin prior to the step for adding the conductive liquid.
12.1 kg de resina de intercambio iónico por encima de su punto de saturación después de ser limpiada usando agua destilada se colocan en un recipiente calefactado provisto de una corriente de aire caliente con movimiento de rotación y control de la temperatura de la resina. Cuando la temperatura de la resina llega a 100 °C, se quita la resina del sistema, se deja enfriar y se obtienen 7.2 kg de resina de intercambio iónico, lo que equivale a una eliminación de 4.9 kg de agua.12.1 kg of ion exchange resin above its saturation point after being cleaned using distilled water are placed in a heated container provided with a stream of hot air with rotary movement and control of the resin temperature. When the temperature of the resin reaches 100 ° C, the resin is removed from the system, allowed to cool and 7.2 kg of ion exchange resin are obtained, which is equivalent to a removal of 4.9 kg of water.
Ejemplo de la etapa de adición del líquido conductor a la resina de intercambio iónico Example of the step of adding the conductive liquid to the ion exchange resin
60 kg de resina de intercambio iónico limpia y parcialmente seca se colocan en un recipiente provisto de agitación mecánica. A la resina se le añade en una sola adición rápida 19.6 L de ácido metanosulfónico al 35 % en agua. Tras un periodo de homogeneización intensa se obtienen 81 kg de electrolito seco.60 kg of clean and partially dried ion exchange resin is placed in a container provided with mechanical stirring. 19.6 L of 35% methanesulfonic acid in water is added to the resin in a single rapid addition. After a period of intense homogenization, 81 kg of dry electrolyte are obtained.
Ejemplo de la etapa de adición del líquido conductor por inmersión y etapa de secado con partícula de diferente tamañoExample of the step of adding conductive liquid by immersion and drying step with different size particles
4.3 kg de resina de intercambio de diámetro medio 0.7 mm lavada con agua destilada y parcialmente seca se colocan en un recipiente provisto de agitación mecánica y calefactado a 60 °C. A la resina se le añaden 3.6 kg de ácido metanosulfónico al 70 % en agua. Esto resulta en una mezcla de resina impregnada con un exceso de solución liquida. Esta mezcla se mantiene con agitación a 60 °C durante 6 h para que se produzca un equilibrio entre el líquido retenido en el interior y la solución del medio circundante. Pasado este tiempo la resina se filtra y se deja bajo un flujo de aire para para eliminar el líquido. En este punto la resina está ligeramente por encima del punto de saturación. El secado final se consigue al mezclar esta resina con una resina de intercambio iónico seca de diámetro medio 0.2 mm en un recipiente provisto de vibración vigorosa para favorecer contactos entre las dos resinas y que la resina seca absorba el exceso de líquido superficial de la resina impregnada. Después de 30 minutos de vibración se separan mediante un tamiz las resinas de dos tamaños diferentes. Después de este procedimiento la resina impregnada se encuentra justo por debajo del punto de saturación. Con este procedimiento se obtiene una resina impregnada de manera homogénea tanto en el interior como en la parte más cercana a la superficie y en un punto óptimo de humectación, es decir, cercano pero por debajo del punto de saturación.4.3 kg of exchange resin of average diameter 0.7 mm washed with distilled water and partially dry are placed in a container provided with mechanical stirring and heated to 60 ° C. 3.6 kg of 70% methanesulfonic acid in water are added to the resin. This results in a resin mixture impregnated with an excess of liquid solution. This mixture is kept stirred at 60 ° C for 6 h to produce an equilibrium between the liquid retained inside and the solution of the surrounding medium. After this time, the resin is filtered and left under a flow of air to eliminate the liquid. At this point the resin is slightly above the saturation point. Final drying is achieved by mixing this resin with a resin of dry ionic exchange with a mean diameter of 0.2 mm in a container provided with vigorous vibration to favor contacts between the two resins and for the dry resin to absorb the excess surface liquid of the impregnated resin. After 30 minutes of vibration, the resins of two different sizes are separated by means of a sieve. After this procedure the impregnated resin is just below the saturation point. With this procedure, a homogeneously impregnated resin is obtained both inside and in the part closest to the surface and at an optimum wetting point, that is, close to but below the saturation point.
Ejemplo de la etapa de adición del líquido conductor por inmersión y etapa de secado con partícula de intercambio iónicoExample of the step of adding the conductive liquid by immersion and step of drying with ion exchange particle
4.1 kg de resina de intercambio de diámetro medio 0.7 mm lavada con agua destilada se colocan en un recipiente provisto de agitación mecánica y calefactado a 60 °C A la resina se le añaden 3.9 kg de ácido metanosulfónico al 70 % en agua. Esto resulta en una mezcla de resina impregnada con un exceso de solución liquida. Esta mezcla se mantiene con agitación a 60 °C durante 4 h para que se produzca un equilibrio entre el líquido retenido en el interior y la solución del medio circundante. Pasado este tiempo la resina se filtra y se deja bajo un flujo de aire para para eliminar el exceso de líquido. En este punto la resina está ligeramente por encima del punto de saturación. A esta resina se la añaden 720 g de resina de intercambio iónico seca, se mezclan y agitan. Después de 12 h se obtienen un electrolito seco en un punto óptimo de humectación. 4.1 kg of exchange resin with a mean diameter of 0.7 mm washed with distilled water are placed in a container provided with mechanical stirring and heated to 60 ° C. 3.9 kg of methanesulfonic acid 70% in water are added to the resin. This results in a resin mixture impregnated with an excess of liquid solution. This mixture is kept stirred at 60 ° C for 4 h to produce an equilibrium between the liquid retained inside and the solution of the surrounding medium. After this time, the resin is filtered and left under a flow of air to eliminate excess liquid. At this point the resin is slightly above the saturation point. 720 g of dry ion exchange resin are added to this resin, mixed and stirred. After 12 h a dry electrolyte is obtained at an optimum wetting point.
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