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Title:
ELECTROKINETIC METHOD AND DEVICE FOR EXTRACTING IONS FROM A POROUS STRUCTURE
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2017/103298
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a method for extracting ions present in a porous material, which allows the counteraction of all of the harmful effects inherent in electrochemical techniques, such as: 1) extreme changes in pH generated in the vicinity of the porous medium to be treated; 2) reduction in the efficiency of the treatment caused by H+ and OH ions entering the medium; and 3) limited duration of said treatments due to the drying of the material which is in contact with the anode. To this end, the method according to the invention allows a distribution of the electric field to be established, which allows the regulation of an electro-osmotic process in the anode, via the potential applied to a series of electrodes forming each of the compartments of the electrolytic cell (in the preferred embodiment thereof: two electrodes in the anode compartment and two in the cathode compartment), at the same time as protecting the treated medium from extreme pH values which may cause a process of chemical alteration in the medium. The larger the difference in potential established between the electrodes, the greater the effects associated with said new distribution of the electric field. The method can be adapted to different configurations that will only improve the effects associated with an improvement of the anode, or an improvement of the cathode, or will generate a reduction in the costs associated with the method by means of the application of current pulses. Furthermore, the invention uses an electrokinetic device that allows the described method to be applied in any of the variants thereof to vertical porous structures such as walls of buildings or infrastructure.

Inventors:
FEIJOO CONDE JORGE (ES)
RIVAS BREA TERESA (ES)
NÓVOA RODRÍGUEZ XOSÉ RAMÓN (ES)
OTTOSEN LISBETH M (DK)
MATYŜČÁK ONDŘEJ (ES)
Application Number:
PCT/ES2016/000138
Publication Date:
June 22, 2017
Filing Date:
December 16, 2016
Export Citation:
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Assignee:
UNIV VIGO (ES)
International Classes:
C04B41/53; E04G23/02
Domestic Patent References:
WO2009124890A12009-10-15
Other References:
OTTOSEN, L.M. ET AL.: "Electrochemical desalination of salt infected limestone masonry of a historic warehouse.", PROCEEDINGS OF STRUCTURAL FAULTS AND REPAIR, Edinburgh, pages 1 - 16, XP055392813
OTTOSEN, L.M. ET AL.: "Electrochemical removal of salts from masonry- experiences from pilot scale.", PROCEEDINGS FROM THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON SALT WEATHERING ON BUILDING AND STONE SCULPTURES, 2008, Copenhagen, Denmark
FEIJOO J ET AL.: "Influence of the properties of granite and sandstone in the desalination process by electrokinetic technique.", ELECTROCHEMICA ACTA, vol. 181, 1 November 2015 (2015-11-01), pages 280 - 287, XP029302248
OTTOSEN, L.M ET AL.: "Salt-related problems in brick masonry and electrokinetic removal of salts.", JOURNAL OF BUILDING APPRAISAL, vol. 3, no. 3, 2007, pages 181 - 194, XP055392815
MATYSCÁK ONDREJ ET AL.: "Desalination of salt damaged Obernkirchen sandstone by an applied DC field.", CONSTRUCTION AND BUILDING MATERIALS, vol. 71, 20 September 2014 (2014-09-20), pages 561 - 569, XP029080469
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Claims:
REIVINDICACIONES

Procedimiento electrocinético para !a extracción de iones de una estructura porosa que comprende Sas siguientes etapas:

a. Colocación del material o estructura porosa (R) en un reactor electroquímico formado por dos compartimentos, uno anódico (+) y otro catódico (-), divididos cada uno de ellos en dos medios diferentes (Al , A2 en el ánodo y Cl , C2 en el cátodo), rellenos de papeías de diferente composición (D, E en el ánodo y F, G en el cátodo) donde se insertan cuatro electrodos conectados en serie a los cuales se les aplica un determinado potencial de corriente continua, que será mayor en el electrodo del compartimento anódico El (potencial Vi), verdadero ánodo del procedimiento, y menor en el electrodo E4 (potencial V ~ 0), verdadero cátodo del procedimiento, ambos electrodos se encuentran situados en los medios de cada uno de los compartimentos que están más alejados del material o estructura porosa a tratar, mientras que los otros dos electrodos (E2 y E3) de los cuales E2 presenta un mayor potencia! de corriente continua (potencial V_¡ > ¾ se sitian en los medios más cercanos al material, actuando ambos como electrodos bipolares.

b. Aplicación de diferentes potenciales en los electrodos cumpliéndose que V¡ > Vj > V3 > Va = 0, que permiten establecer según las diferencias de potencial que se establecen entre electrodos (VJ-VJ, V2-V3 y V3-V4) una nueva distribución del campo eléctrico que ocasiona la generación de un proceso electro-osmótico en el compartimento anódico, al mismo tiempo que se incrementa la capacidad de amortiguación de los cambios extremos de pH en las inmediaciones del material poroso a tratar y se incrementa ía eficacia en la movilización de los iones presentes en el mismo, y regular en función de la mayor o menor diferencia entre potenciales (V1-V2, VJ-VJ y V.5-V4) la magnitud de estos fenómenos.

Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 etapa a) que cómpresele el empleo de al menos tres fuentes de alimentación conectadas en serie para regular la intensidad que circula por cada uno de los medios.

Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 etapa b) en el que los potenciales que se aplican en los electrodos del compartimento anódico (V¡ y Vj, siendo V¡>V2), permiten establecer una nueva distribución del campo eléctrico que se caracteriza por que en el primer medio Al el electrodo El (con potencial Vi) al aplicar el mayor potencial actuara como el verdadero ánodo del sistema forzando la migración de Sos aniones extraídos del material poroso y mayor generación de iones ΙΓ en sus inmediaciones, mientras que el electrodo E2 situado en el medio A2 al presentar un menor potencial que El (V;¡ < V¡) y mayor potencial que E3 (V¾ > V3), actuará respectivamente, como cátodo con respecto a El permitiendo que los aniones retenidos en la papeta (E) situado en el medio A2 migren al interior de la papeta D situada en el medio Al y como resultado una generación de grupos OH en sus inmediaciones, y como ánodo con respecto al electrodo E3 (situado en el medio C2 en el compartimento catódico) permitiendo movilizar los aniones presentes en el interior del material porosos hacía sus proximidades y una generación de iones H* en sus inmediaciones, lo que ocasiona ios siguientes fenómenos en las proximidades del electrodo E2 situado en el medio más próximo al material a tratar (A2):

β Generación de moléculas de agua, lo que permite mantener la humedad suficiente para que la corriente eléctrica circule durante un mayor intervalo de tiempo, e Amortiguación del pH impidiendo que este se vuelva ácido, * Disminución en ía cantidad de iones ΙΓ que llegan al interior del material poroso.

4. Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 etapa b) en el que los potenciales que se aplican en los electrodos del compartimento catódico (Vj y siendo V3 > V ) permiten establecer una nueva distribución del campo eléctrico que se caracteriza por que en el medio C 1 el electrodo E4 (con potencial V4=0) conectado a tierra con el menor valor potencial actuará como el verdadero cátodo forzando que todos los cationes extraídos del material poroso migren al interior de la papeta G situada en el medio C 1 , mientras que eí electrodo E3 situado eo eí medio C2 al presentar un mayor potencial que E4 (V -V'4) y menor potencial que los electrodos del compartimento anódieo El y E2 (VJ<VJ<V¡), actuará respectivamente, como cátodo con respecto a los electrodos E3 y E2 permitiendo una generación de grupos OH en sus inmediaciones, y como ánodo con respecto al electrodo E4 permitiendo una generación de grupos H+ en sus inmediaciones, lo que ocasiona los siguientes fenómenos en las inmediaciones del electrodo E3 situado en el medio más próximos al material a tratar (C2):

* Amortiguación del consumo de agua en las proximidades del electrodo»

* Amortiguación del pH impidiendo que este se vuelva alcalino,

* Disminución en la cantidad de iones OH que llegan al interior del material poroso.

5. Procedimiento electrocinético según reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la diferencia de potencial establecida entre electrodos (V¡~Vj, V2-V3 y V3-V4, cumpliéndose que V¡ > V¿ > V3 > V4 = 0) y que se realiza a nivel de cada fuente de alimentación permite controlar y regular la generación de moléculas de agua en el ánodo, la amortiguación de los valores de pH y la entrada de iones H+ y OH" en el interior del medio poroso, siendo estos fenómenos más marcados cuanto mayor sea la diferencia de potencial entre electrodos de un mismo compartimento (VVV2, V ).

6. Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 , caracterizado porque las diferencias de potencial establecidas entre electrodos de un mismo compartimento (V ¡ -V2, V3-V4, cumpliéndose que Vi > V;? > Vj > V* - 0) permiten movilizar los aniones y cationes extraídos hacia los electrodos más alejados del material poroso tratado (El y E4) que se encuentran en los medios Al y A4, permitiendo de este modo reducir el contenido iónico presente en los poros de las papetas que se encuentran en los medios más próximos al material a tratar

(papetas E y F), lo que permite incrementar la eficacia de extracción de los iones por otros procesos (difusión principalmente) una vez que el campo eléctrico aplicado deja de actuar.

7. Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 , caracterizado porque la papeta situada en el medio Al (D) está compuesta por una mezcla de celulosa y una disolución tampón de ácido cítrico y ciírato sódico de pH 6 en una relación en peso 7.6: 1 , de elevada capacidad de almacenamiento de líquido y nula capacidad de amortiguación del pH que permite generar una elevada cantidad de iones Ι en este medio.

8. Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 , e&raeterizsdo porque la papeta del medio A2 (E) es una mezcla de caolín, carbonato de calcio y disolución tampón de ácido cítrico y ciírato sódico de pH 6 en una relación en peso 1 : 1.2: 1.3, que permite tamponar los valores ácidos de pH del medio Al mediante la descomposición del carbonato de calcio al mismo tiempo que se forman moléculas de agua.

9. Procedimiento electrocinético segán reivindicación 1 , csraeterizado porqíie la papeta del medio C2 (F) está compuesta por caolín y disolución tampón de ácido cítrico y ciírato sódico de pH 6 en una relación en peso 1.6: 1 , con elevada capacidad de intercambio iónico que le permite fijar los iones OH" procedentes del medio Cl .

10. Procedimiento electrocinético según reivindicación 1 , caracterizado porque la papeta del medio C 1 (G) está compuesta por caolín, carbonato de calcio y disolución tampón de ácido cítrico y ciírato sódico de pH 5 que permitirá fijar los iones OH" generados en las inmediaciones el electrodo a partir de la descomposición del calcio de la papeta y la formación de Ca(OH)2.

1 1 . Procedimienío electrocinético según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el incremento de la caída de potencial que se establece entre los electrodos de un mismo compartimento (VI -VÍ, V3 -V4, cumpliéndose que V¡ > ¥? Vj > V4 = 0) a través de las fuentes de alimentación, permite reducir la cantidad de carbonato de calcio necesario para amortiguar las variaciones de pH extremas que se producen en las inmediaciones de ios electrodos El y E4, ai producirse una mayor cantidad de iones OH" en las inmediaciones del electrodo E2 y de H+ en Sas inmediaciones del electrodo E3,

12. Procedimiento electrocinético según reivindicación ] , caracterizado porque el procedimiento se puede simplificar mediante la reducción de un electrodo en uno de los compartimentos, de manera que:

a. Se aplique únicamente una mejora del compartimento anódieo, mediante la división de este compartimento en dos medios distintos (Al y A2) con dos electrodos conectados en serie sobre ios que se aplican distintos potenciales (V¡ y V2, cumpliéndose que V¡ > V2) y un único medio que conforma el compartimento catódico (C2) con un electrodo que estará conectado a tierra (Vj

= 0), obteniendo únicamente los efectos y Sas ventajas recogidas en la reivindicación 3

b. Se aplique únicamente una mejora del compartimento catódico, realizando en este caso una división del compartimento catódico en dos medios (Cl y C2) con dos electrodos conectados en serie, aplicando en el electrodo C2 un potencial V¾ y conectando el electrodo Cl a tierra (W=0) y un único medio que conforma el compartimento anódico (A2) con un potencial V2 y que actuará como ánodo del sistema, obteniendo los efectos y las ventajas recogidas en Sa reivindicación 4.

13. Procedimiento electrocinético en que la mejora del cátodo o ánodo según reivindicación anterior, comprende el empleo únicamente de dos fuentes de alimentación lo que permite reducir los costes asociados al consumo de energía.

14. Procedimienío electrocinético según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por permitir emplear en otra de sus variantes pulsos de corriente (CP) en los electrodos más cercanos al material (E2 y E3) con el propósito de reducir el consumo de energía, al mismo tiempo que se mejora el transporte de los iones extraídos hacia las proximidades de los electrodos más alejados del medio poroso a tratar (El y E4) donde se aplica corriente continua (DC).

15. Dispositivo electrocinético para la extracción de iones de una estructura porosa según el procedimiento recogido en Sa reivindicación 1 que comprende una caja principal (1 ) en el que van alojados uno o dos electrodos (2), una pieza móvil (3) y las papetas D y E si actúa como ánodo o F y G si actúa como cátodo que conforman los diferentes medios empleadas para retener los iones extraídos.

16. Dispositivo electrocinético para la extracción de iones de una estructura porosa según reivindicación 15, caracterizado porque al menos uno de los electrodos se debe fijar a la pieza móvil (3), mientras que el otro va montado sobre 4 soportes poliméricos (7) alojados en cuatro hendiduras realizadas en Sa parte interna de Sa caja principal (8) (dos superiores y dos inferiores) que sirven de guía, en ambos casos los electrodos presentan un único grado de libertad que les permite realizar un movimiento hori ontal.

17. Dispositivo electrocinético para la extracción de iones de una estructura porosa según reivindicaciones 35 a 16, caracterísade porque el movimiento del electrodo fijado a la pieza móvil (3) se controla a través de la presión homogénea que tres resortes (4) a su vez alojados en el interior de tres piezas cilindricas huecas (5) transmiten cada vez que son apretadas por tres tapones (ó) que se enroscan en cada una de las piezas cilindricas, lo que permite mantener un nivel íensional suficiente para mantener un buen contacto, necesario para el correcto transporte de la corriente eléctrica entre las papetas y entre la papeta y el medio poroso a tratar, a pesar de que las papetas con el paso del tiempo se vayan secando y contrayendo.

38. Dispositivo electrocinetieo para la extracción de iones de una estructura porosa según reivindicaciones 15 a 17, que comprende al menos de ocho orificios (9) que permiten aplicar y/o fijar el dispositivos a una superficie vertical mediante un atornillado.

19. Dispositivo electrocinetieo para la extracción de iones de una estracíura porosa según reivindicaciones 15 a 18, que comprende al menos de dos tapas superiores (10) y una inferior (1 1) que permiten acceder al interior del dispositivo para realizar la carga y descarga de las pápelas que hay en su interior sin necesidad de desacoplarlas del sitio donde estén montadas.

20. Dispositivo electrocinetieo para la extracción de iones de una estructura porosa según reivindicaciones 15 a 19, caracterizado porque las tapas superiores (10) presentan dos surcos (12) para la salida de los cables de conexión que conectan los electrodos con las fuentes de alimentación.

21. Dispositivo electrocinético para la extracción de iones de una estructura porosa según reivindicaciones 15 a 20, caracterizado porque las papetas, D y E en el caso de que el dispositivo actué como ánodo o F, G en el caso de que lo haga como cátodo, necesarias para la aplicación del procedimiento se alojan en ei espacio que hay entre ambos electrodos y entre el electrodo montado en los soportes poliméricos (7) y la pared,

22. Uso del procedimiento electrocinético según todas las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque puede ser aplicado en cualquier tipo de material poroso que pueda estar afectado por un contaminante iónico, como en la intervención de monumentos construidos con materiales porosos que se encuentren afectados por sales solubles, en la remediacíón de suelos, y en la concentración y recuperación de minerales presentes en medios porosos como pueden ser escombreras de minas o fangos de depuradora.

Description:
DESCRIPCION

Procedimiento eleelroeinético y dispositivo para extracción de iones de una estructura porosa

Sector de ia técnica

La presente invención se engloba en el sector de intervención de monumentos y más concretamente en la desalinización de materiales porosos, por ejemplo rocas ornamentales o ladrillos. Sin embargo, su aplicabilidad abarca una amplia variedad de sectores desde la remediación de suelos, hasta la concentración de compuestos minerales presentes en escombreras mineras, fangos de depuradora, etc. Es decir es aplicable en cualquier sector donde se pretenda movilizar los iones que se encuentran presentes en el interior de una estructura porosa bajo la influencia de un campo eléctrico.

Estado de i» écnic

Las sales solubles son consideradas como uno de los agentes de alteración más dañinos que afectan a los materiales de construcción.

Diferentes técnicas han sido desarrolladas er. el sector de la intervención de monumentos e infraestructuras, y mas específicamente en ei sector del patrimonio cultural, con el objeto de extraer o reducir en la medida de lo posible las sales solubles presentes en el interior de los materiales porosos empleados en su construcción.

Entre estas técnicas destacan por su uso los baños de inmersión en agua y la aplicación de papetas o apositos húmedos confeccionados con diferentes materiales. Ambas técnicas sin embargo, presentan una serie de limitaciones en lo referente a su efectividad {tiempo necesario para reducir de modo apreciable el contenido iónico en el material) y a la penetrabilidad del tratamiento (profundidad hasta la cual son capaces de reducir el contenido de sales).

En los últimos aSos han surgido numerosas investigaciones que tratan de implemeníar la aplicación de técnicas eleetrocinéíicas en ia intervención de monumentos. En este sentido son numerosas las referencias bibliográficas [Ririg-Dalgaard, I. ei al. 201 1 (Paíení WD/2009/124890)] [Ottosen, L.M. et al FJectrochimica Acta 2012] [Matylelk, O eí al. Construction and Build ng Materials 2014] [Feijoo. J. et ai. Joumal of Cultural Heritage 2012] que se pueden encontrar en bases de datos de investigación y patentes, a cerca de tratamientos electrocinéticos realizados en laboratorio y directamente sobre monumentos afectados por sales.

Eu todos estos estudios se recogen los principales inconvenientes inherentes a ia aplicación de estas técnicas y que se detallan a continuación:

« Cambios extremos de pH debido a la hidrólisis del agua en las inmediaciones de los electrodos. Estos cambios pueden generar procesos de alteración química en los materiales que componen el monumento,

« Cambios de color en el material tratado debido a ia oxidación, hidrólisis y/o solubilización de alguno de sus minerales, principalmente minerales que contengan hierro en su composición.

« Generación de rnierofracíuras debido a las tensiones generadas por el campo eléctrico que circula a través de los poros de los materiales, principalmente en aquellos materiales que contengan minerales de naturaleza piezoeléctrica, como el cuarzo.

La principal solución planteada hasta la fecha para mitigar estos efectos nocivos, radica en interponer entre los electrodos y ia estructura porosa a tratar una papeta que contenga en su composición carbonato de calcio, así como ía utilización de un electrolito ta pón, tal y como se recoge en la patente europea [RSrig-Dalgaard, I. et al. 201 i (Patení WO/2009/Í 24890)]. Resulta necesario señalar que el término pápela es el término científico que normalmente la mayoría de los trabajos científicos del ámbito de la intervención de monumentos e infraestructuras publicados en español utilizan para traducir el término inglés "poultice" y que se refiere a apositos constituidos con diferentes tipos de materiales (fibras de celulosa, arcillas absorbentes, etc.) que se suelen emplear en la desalinización de materiales pétreos, con el objetivo de que las sales presentes salgan de la roca y se movilicen hacia su interior. Su uso en elec rocméica no sólo tiene esta función de servir de almacenamiento de los iones extraídos del material, sino que también se suelen emplear como medio tamponante del pH.

Existe además un factor importante que afecta a ia eficacia (entendida como el porcentaje de reduccidn de los iones que se quieren extraer de la estructura porosa) alcanzada por los métodos elecírocinétíeos tradicionales, como es el ocasionado por la generación de uña elevada cantidad de iones OH " y H + en las inmediaciones de los electrodos y que son ocasionados por Sa hidrólisis del agua. Estos iones tienen un numero de transporte muy superior al resto de los iones presentes en el interior de la estructura porosa a tratar y por tanto son los principales responsables del transporte de la corriente eléctrica, disminuyendo la movilización de los iones con menor número de transporte y por tanto dificultando su extracción.

Actualmente la solución planteada para incrementar la eficacia de extracción radica en retener en la medida de lo posible los iones OH " y W en el seno de las papeías que están en contacto con ios electrodos. Esta medida permite reducir el contenido de estos iones que atraviesan el material o estructura porosa durante el tratamiento, por lo que se fuerza el desplazamiento de ios iones que se pretenden extraer.

Durante ios tratamientos electrocinéíscos es necesario que las papetas aplicadas en las proximidades de los electrodos y el material o estructura porosa a tratar mantengan un cierto grado de humedad que permita el transporte de 3a corriente eléctrica.

Según se recoge en numerosos estudios [Otíosen, L.M. et al. Proceedings of the Seveníh International Masonry Conferenc 2006] [Franzoni, E. Construction and Building Materials 2014] [Nopvegian concrete technologies a s (Patent ES2022007 A6)] [Utkíev, kjell (Patení ES2I 36426 T3)í, durante el tratamiento de estructuras solidas tiene lugar un proceso electro-osmótico debido al mayor índice de solvatación de los cationes, que tiende a concentrar moléculas de agua en las proximidades del cátodo. Sin embargo, en el ánodo se da el fenómeno inverso,, lo que provoca un secado más rápido del material que se encuentra en contacto con este electrodo.

En todos los estudios realizados hasta la fecha, el secado del material presente en el ánodo supone un factor limitante en lo referente al tiempo de aplicación de la técnica.

Actualmente no se ha desarrollado todavía una solución técnica a este problema. Únicamente existen dos soluciones factibles: sustituir el material del ánodo por uno nuevo, o realizar periódicamente un aporte de electrolito a este material para mantener el contenido de humedad necesario que garantice eí transporte de la corriente.

En oíros sectores del ámbito medioambiental, como por ejemplo en el campo de ia remediación de suelos, o en ia recuperación de minerales presentes en escombreras o en fangos de depuradora se ha tratado de incrementar en los últimos años la eficacia de los tratamientos elecírocinéticos y la reducción de los costes operativos asociados a su aplicación mediante el uso de electrodos bipolares, existiendo una amplia bibliografía a cerca de los parámetros léemeos de este tratamiento [Golder A.K. et ai. Journal of Hszardous Materials 2007] [Rojo, A. et al. Joumal of Hazardoiis Materials 2009] [Henrik, K. et al . Blectroc imica Acta 2007]. El sistema de electrodos bipolares consiste en insertar barras metálicas en el seno del medio a tratar y entre dos electrodos extemos que se conectan a una fuente de alimentación. Debido al transporte de corriente en el medio, estas barras metálicas se polarizan asimétricamente. Resultado del proceso de polarización, las barras metálicas se comportan como electrodos bipolares, con una cara que actúa como cátodo, ia enfrentada al polo positivo de la fuente, y la otra cara que actúa como ánodo, la enfrentada al polo negativo de la fuente de alimentación.

Sin embargo, mediante el uso de esta técnica no es posible controlar el potencial que se establece en cada uno de los electrodos bipolares. Unicamente se tiene un control sobre el potencial establecido entre los electrodos externos, lo que impide ser capaces de controlar la magnitud de los efectos que se establecerán en el medio tratado.

Descripción de la invención

La presente invención se refiere a un nuevo procedimiento y diseño de un dispositivo de electrólisis, que permite modifiear y/o ajustar la distribución del campo eléctrico que se aplica a materiales porosos para movilizar los iones presentes en su interior. La aplicación de esta invención permite:

» Incrementar ia duración del tiempo de tratamiento mediante el establecimiento de un proceso electro-osmótico en el ánodo que permite regenerar el agua perdida en este compartimento.

* Incrementar la eficacia del tratamiento al reducir el contenido de iones OH ' y H + que puedan entrar en la estructura porosa que se está tratando.

« Incrementar la capacidad amortiguadora del sistema frente a los cambios extremos de pH que se generan durante esta clase de tratamientos.

Un objeto de esta invención lo constituye un nuevo procedimiento para la extracción de iones de un medio y/o estructura porosa que se caracteriza por comprender a grandes rasgos las siguientes etapas:

* Colocación de un material poroso (R, Figura 1 ) en ur¡ reactor electroquímico formado por dos compartimentos, uno anodico (+, Figura 1 ) y otro catódico (-, Figura 1), que contendrán cada uno de ellos en su seno dos electrodos. Cada uno de estos compartimentos conforman el dispositivo de la presente invención.

* Establecimiento de un campo eléctrico mediante ia aplicación de corriente continua que se caracteriza por permitir regular en función de los potenciales establecidos en cada uno de los electrodos que conforman los compartimentos (V¡, V?., V5 y V4, siendo V¡ > Vj > V3 > V =0), la creación de un proceso electro-osmótico en el compartimento anódíco, la amortiguación del pH en ambos compartimentos y el incremento de ia eficacia en la movilización de los iones presentes en el material a tratar.

Otro aspecto de la invención es un nuevo dispositivo electrocinético para la extracción de iones presentes en un medio poroso que se caracteriza por poder albergar los diferentes medios que conformarán cada uno de los compartimentos electroquímicos y por permitir aplicar el procedimiento descrito en la presente invención (Figura 1 ) y todas sus variantes (Figuras 3, 4 y 5) a superficies verticales. A pesar de que este dispositi vo (Figuras 6, 7 y 8) presenta una serie de elementos comunes con otro dispositivo desarrollado anteriormente cuyos componentes se pueden consultar en [Ottosen, L,M. et al. Scientifíc Advances and Innovative Applications in Electrokinetic Remediation 2010] [Ottosen, L.M. et al. Sírueíural Faults and Repair, Edinburgh 2032. Proceedings 2012], el dispositivo recogido en esta invención contiene una serie de mejoras y adaptaciones imprescindibles para poder aplicar el procedimiento electrocinético propuesto en esta invención. En una realización preferente, se requiere que cada uno de los dispositivos o compartimentos que componen el reactor (compartimentos anódico y catódico) estén constituidos por dos medios distintos en función de! potencia! aplicado a cada uno de ellos. Para ello, cada uno de estos medios albergará un electrodo constituido preferentemente de un material metálico electroquímicamente inerte, que se conectará a una fuente de alimentación.

En su realización preferente, este procedimiento y el dispositivo asociado para su aplicación requiere del uso de tres fuentes de alimentación conectadas en serie (Figura 2), de manera que cada fuente de alimentación permite regular la intensidad que circula por cada uno de los medios.

En su realización preferente, para el correcto desarrollo del procedimiento de la presente invención, es necesario seguir las siguientes pautas:

« En el primer medio que conforma el compartimento anódico (Al , Figura 1) se aplica el mayor potencial de los tres potenciales que se van a establecer (V¡). De esta manera eí electrodo situado en este medio (El ), actuará como el verdadero ánodo del sistema. Siendo por tanto, el electrodo al que se verán forzados a migrar todos los aniones extraídos del material poroso y donde se producirá la mayor generación de iones H ' , a En el segundo medio que conforma el compartimento anódico (A2, Figura 1 ), se sitúa otro electrodo (E2). En este electrodo se establece un potencial (Vj) que será menor que el del electrodo El (potencial V¡), pero superior al potencial aplicado en el electrodo E3 (potencial V 5 ) que se sitúa en el medio C2 perteneciente al compartimento catódico. De esta manera, este electrodo (E2) se comporta como un electrodo bipolar, ya que actúa:

o como un ánodo con respecto al electrodo E3 situado en el medio C2 y por tanto permite movilizar los aniones presentes en el interior del material poroso hacia sus proximidades.

o como un cátodo con respecto al electrodo situado en el medio Al (El ), lo cual permite que los aniones retenidos por la papeta situada en este medio (A2), se vean forzados a migrar hacia el primer medio.

Este procedimiento novedoso permite por tanto establecer una distribución de! campo eléctrico en el compartimento anódico que conlleva:

» Concentración de H" en las inmediaciones del electrodo El , a! comportarse este como ánodo principal del diseño,

e Generación de grupos OH ' en las inmediaciones del electrodo E2, al comportarse este como cátodo del electrodo El situado en el medio Al .

* Generación de iones H + en las inmediaciones del electrodo E2, al comportarse este como ánodo de! electrodo E3 situado en el medio C l .

Estos efectos, es decir, la generación de grupos OH " en las inmediaciones del electrodo E2 y la migración de los iones H + desde el electrodo El hacia el electrodo E2, serán mayores cuanto mayor sea la diferencia de potencial establecida entre ambos electrodos, es decir cuanto mayor sea la diferencia entre VI y V2. Por tanto, el establecimiento de esta diferencia de potencial y su control mediante las füeníes de alimentación conectadas en serie, permite regular y/o controlar la magnitud de los efectos descritos anteriormente.

La generación de ambos iones ocasiona los siguientes efectos en las proximidades del electrodo E2 situado en el medio A2 (medio próximo al material poroso tratado):

« Generación de moléculas de agua. Estas moléculas de agua mantendrán durante un mayor intervalo de tiempo el nivel de humedad necesario para que circule ia corriente eléctrica por el circuito. « Amortiguación del pH en las inmediaciones de este electrodo, Las caídas drásticas de pH que se producen en un compartimento anódico cuando se aplican métodos electrocinéiicos, únicamente se verán reflejadas en el electrodo más distante al medio y/o material poroso a tratar (medio Al ). En el electrodo más próximo (situado en el medio A2) la generación de grupos OH " permite tamponar estos valores ácidos.

« Disminución de la cantidad de iones H + que entran en el interior del material poroso.

En sis realización preferente y teniendo en cuenta que el factor limitativo, tal y como se mencionó anteriormente, es el secado del ánodo, el electrodo E2 stíuado en el medio A2 se debe posicionar cerca del material a tratar con el objeto de que sea en esta zona donde se produzca la mayor generación de moléculas de agua. De esta manera se garantizará el transporte de corriente a través del material que conforma este medio y a través del material poroso a tratar que se seguirá humedeciendo durante el tratamiento.

La movilización de los aniones en el compartimento anódico (medios Al y A2) descrita anteriormente, propscia además que la papeta de! medio A2 (E, Figura 1) presente durante más tiempo sus poros vacíos. Esto favorece la extracción de los iones presentes en el material poroso (o cualquier otro medio a tratar) mediante procesos de difusión, si se interrumpe la circulación de la corriente eléctrica.

En su realización preferente, el compartimento catódico se compone a su vez de dos medios, un medio denominado C2 próximo al material poroso a tratar, y un segundo medio denominado C l más alejado (Figura 1 ). Ambos medios tal y como se comento anteriormente, albergarán dos electrodos.

En el electrodo localizado en el medio C2 (E3), se aplica un potencial menor (\¾ que en el electrodo del medio A2 (V2), lo que convierte a este electrodo en un cátodo con respecto a los electrodos del compartimento anódico. Sin embargo, este electrodo se comportará como ánodo con respecto al electrodo emplazado en el medio Cl que estaría conectado a tierra y que es el cátodo general de todo el sistema, es decir, es hacia este áltimo electrodo (el electrodo E4 situado en el medio Cl) hacia donde se dirigirán la mayoría de los cationes extraídos del material poroso.

El establecimiento del campo eléctrico propuesto en esta invención en el compartimento catódico conlleva:

» Concentración de Olí en las inmediaciones del electrodo E4 situado en el medio Cl , al comportarse este corno cátodo principal del diseño,

s Generación de grupos H + en las inmediaciones del electrodo E3 situado en el medio C2, al comportarse este como ánodo respecto al electrodo E4 del medio C 1.

« Generación de grupos OH " en las inmediaciones del electrodo E3 situado en el medio C2, al comportarse este como cátodo respecto a Sos electrodos situados en el compartimento anódico (El y E2).

La generación de grupos H + en las inmediaciones del electrodo situado en el medio C2 será mayor cuanto mayor sea la diferencia de potencial establecida entre el electrodo de este medio y el de! medio Cl (Vs-V*). Nuevamente queda patente que el nuevo procedimiento permite regular la magnitud de los efectos descritos en el párrafo anterior.

La generación de ambos iones ocasiona los siguientes efectos en las proximidades del electrodo situado en el medio C2 (E3) que se encuentra situado en las proximidades del medio y/o material poroso que se está tratando (R, Figura 1 ):

• Amortiguación del consumo de agua en el electrodo, lo que mantendrá durante un mayor intervalo de tiempo el frente de humedad necesario para que circule la corriente eléctrica por el circuito. Aunque debido al proceso electro-osmótico general hay tendencia a la acumulación de agua en el electrodo que actúa como cátodo general del sistema localizado en el medio C 1 .

« Amortiguación del pH en las inmediaciones del electrodo situado en el medio C2. Los incrementos de pH que se producen en un compartimento catódico debido a la generación de OH " se ven amortiguados en mayor medida por la generación de H ! en este medio, « Disminución de los iones OH ' que entran en el interior del material poroso. Esto permite alcanzar una mayor eficacia en la movilización de otros iones que se encuentren en el interior del medio, material o estructura porosa a tratar.

Tal y como sucede en el ánodo, este procedimiento favorece que tengan lugar posteriores procesos de extracción mediante otros mecanismos, como los procesos de difusión, una vez que se interrumpe el campo eléctrico, al presentar la papeía que está en contacto con el material poroso (F) una baja concentración iónica.

En una realización particular y dependiendo del material a intervenir y de variables económicas tales como la energía consumida, el procedimiento de la presente invención se puede simplificar y/o modificar ligeramente, de manera que:

β Se aplique únicamente una mejora del compartimento anódico (Figura 3), mediante la división de este compartimento en dos medios distintos (Al y A2) con dos electrodos conectados en serie sobre los que se aplican distintos potenciales (V¡ y Vj, cumpliéndose que V¡ > V2) y un ilnico medio que conforma el compartimento catódico (C2) con un electrodo que estará conectado a tierra (Va ~ 0) y que actuará como cátodo del sistema. Este procedimiento alternativo permite obtener las ventajas que tal y corno se comentó anteriormente reporta una mejora en este compartimento (página 5, líneas 31- 1). β Se aplique únicamente una mejora del compartimento catódico (Figura 4), realizando en este caso una división del compartimento catódico en dos medios (C l y C2) con dos electrodos conectados en serie, aplicando en el electrodo C2 un potencial V3 y conectando el electrodo Cl a tierra (V ~0) y un único medio que conforma el compartimento anódico (A2) con un potencial V2 y que actuará como ánodo del sistema. Este procedimiento alternativo permite obtener las ventajas que reporta una mejora en este compartimento (página 6, líneas 32-42). En este caso el electrodo del medio A2 se debe alejar del material a tratar a una mayor distancia que la que se deja con la configuración preferente para garantizar que ei sistema tampón confeccionado únicamente por la papeta carbonatada y el electrolito impidan que el material se pueda ver afectado por los valores ácidos de pH que se alcanzarán en las proximidades del electrodo que se encuentra en este medio (A2).

En ambas realizaciones particulares se reduce el numero de fuentes de alimentación necesarias a 2.

En otra realización particular se pueden establecer pulsos de corriente (CP, Figura 5) en vez de corriente continua (DC) en los electrodos situados en ios medios más próximos al material poroso a tratar (medios A2 y€2), De esta manera el consumo de energía se reduce, al mismo tiempo que se favorece la migración de los aniones y cationes extraídos a los electrodos situados en los medios más distantes (medios Al y C l).

Al igual que se recoge ers la mayor parte de ios estudios centrados en la desalínizaeión de materiales porosos mediante técnicas electrocinéí cas y en la patente europea [RSríg-Daigaard, 1. eí al. 201 1 (Patent WO/2009/124890)], es imprescindible interponer entre el material pétreo a tratar y el electrodo un material que sea capaz de retener los iones que se ven forzados a migrar hacia las inmediaciones del electrodo respectivo. Este material debe servir en todo momento de medio de contacto entre el electrodo y el material poroso, y debe contener un contenido de humedad suficiente para permitir la correcta circulación de la corriente eléctrica.

Generalmente, se emplean papetas que pueden estar confeccionadas con diferentes compuestos.

En su realización preferente en este procedimiento se recomienda el empleo de las siguientes papetas:

a) El medio Al (Figura 1) se rellena con una papeía confeccionada con celulosa y una disolución lampón de ácido cítrico/ citrato de sodio de pH 6 (D, Figura 1 ). La relación en peso de ambos componentes necesaria para la confección de esta pápela es de 7.6: 1 respectivamente.

La celulosa es un material que se caracteriza por presentar:

β Elevada capacidad de almacenamiento de liquido debido a ios grandes poros que presenta. Además, al carecer de poros de tamaño de acceso inferior a 10 μιη permite que si se rellena el medio A2 con una papeía de tamaño de poro más pequeño, como es el caso de las papeías de sepioiita o caolín, se produzca un fen meno de hídraíación de ia papeía situada en ese medio por succión capilar.

β Nula capacidad amortiguante del pH. Durante el tratamiento la elevada generación de grupos H + que se van a producir en su seno van a permitir la generación continua de moléculas de agua en 3a papeía que se encuentra en el medio A2 debido a procesos electro-osmóticos.

b) El medio A2 (Figura í ) se rellena con una papeta confeccionada con caolín, carbonato de calcio y el mismo electrolito íampén que el empleado er¡ la confección de la papeta de celulosa (E, Figura 1 ) siguiendo una relación en peso 1 : 1.2: 1.3 respectivamente.

El caolín es un maíerial que se caracteriza por poseer una elevada capacidad de absorcién y una elevada capacidad de intercambio iónico.

La adición de carbonato de calcio a esta papeta permiíe incrementar la capacidad amortiguadora del sistema. Sí por cualquier motivo el pH de este medio se vuelve icido, el carbonato de calcio se descompondrá amortiguando esías variaciones al mismo tiempo que se forman moléculas de agua, tal y como se recoge en ¡as siguientes reacciones:

* CaC<¾ ÷ H + → Ca + HCCV

c) El medio C2 (Figura I ) se rellena con una papeta confeccionada únicamente con caolín y electrolito tampón a un pH de 6 (F, Figura 1) siguiendo una relación en peso 1.6: 1. Nuevamente se selecciona el caolín por su capacidad de intercambio iónico que le permitirá fijar los posibles grupos QH que se encuentran en las inmediaciones del material a tratar, favoreciendo que estos no entren en el sistema y reduzcan la eficiencia del tratamiento.

d) El medio C l {Figura 1 ) se rellena con una papeía compuesta por caolín, carbonato de calcio y el mismo electrolito tampón que el utilizado en la confección de las otras papetas, pero íamponado en este caso a un pH 5 (G, Figura 1). La relación en peso de los diferentes componentes utilizados en la confección de esta papeía es ia misma que la utilizada en la confección de la papeía E situada en el medio A2,

En este caso el pH del electrolito es un pH Icido, lo que ocasionará la descomposición del carbonato de calcio siguiendo las reacciones descritas anteriormente. Los iones calcio libres reaccionaran con los OH " que se van generando en las proximidades del electrodo situado en este medio (C 1 ), formando Ca(OH)2. A su vez, la migración de los H * procedentes del electrodo situado en el medio C2 hacía el electrodo del medio€3 , permite mantener durante más tiempo esta capacidad de fijación de los OH " .

Este procedimiento consigue amortiguar Sos incrementos de pH en las inmediaciones del material a tratar e incrementar la eficiencia del tratamiento al reducir la cantidad de OH " " que puedan entrar en el material o estructura porosa a tratar.

En otra realización particular, la proporción de carbonato de calcio utilizada a la hora de confeccionar las papetas E y G pueden ser reducida en función de los potenciales aplicados en cada uno de los electrodos. Esto se debe a que cuanto mayor sea la diferencia de potencial establecida entre los elecírodos de los medios que conforman el compartimento anódico (Vs-Vj) y entre Sos electrodos que conforman el compartimento catódico (V 3 -V<), mayor será la capacidad amortiguadora que tiene el sistema, al producirse una mayor cantidad de iones OH " en las inmediaciones del electrodo E2 y de H * en las inmediaciones del electrodo E3.

La aplicación del procedimiento descrito en superficies pétreas verticales (paredes o muros de edificios o infraestructuras) que se encuentren afectadas por sales o por cualquier otro contaminante iónico requiere del uso del dispositivo diseiado en esta invención (Figuras 6, 7 y 8). La aplicación de esta técnica en el campo de la remediación de suelos, o en la recuperación de minerales presentes en escombreras o en fangos de depuradora, es más sencilla, basta únicamente en llevar a cabo la inserción directa de los electrodos necesarios situando el medio a tratar entre los electrodos E2 y E3 (Figura 1 ). En ambos casos, los efectos asociados al procedimiento descrito en la presente invención se regularán a partir de los potenciales establecidos en los diferentes electrodos que conforman el procedimiento.

Breve descripción de las figuras

Figura 1. Esquema del procedimiento electrocinético descrito en la invención. En él se aprecia los dos medios (Al y A2) que conforman el compartimento anódico, y los medios C S y C2 que conforman el compartimento catódico. Cada uno de los medios contiene un electrodo ai cual se aplica un determinado potencial (V¡, Va, Vj y V<) y una papeía de diferente composición en función del medio en el que se encuentre (D, E s F y G), Entre ambos compartimento se encuentra el material poroso (R) que se va a tratar. También se muestra el movimiento de los diferentes aniones (Γ y OH ) y cationes (2 + y H * ) a través de los diferentes medios.

Figura 2. Esquema de conexión en serie de los diferentes electrodos que componen el procedimiento de la invención. En él se muestran las tres fuentes de alimentación necesarias para llevarlo a cabo y 4 resistencias, 3 de ellas variables que se corresponden con la resistencia del compartimento anódico (RA), del material poroso (RR) y del compartimento catódico (RC) y una de ellas extema ai montaje y de valor conocido (RE) que permite medir la intensidad que circula por el circuito.

Figur¾ 3. Esquema del procedimiento electrocinético de la presente invención simplificado, donde se muestra la mejora fínicamente del compartimento anódico conformado por los medios Al y A2. El compartimento catódico únicamente está compuesto de un medio (C2).

Figura 4, Esquema del procedimiento electrocinético de la presente invención simplificado, donde se muestra la mejora tínicamente del compartimento catódico conformado por ios medios Cl y C2. El compartimento anódico únicamente est compuesto de un medio (A2).

Figura 5. Esquema del procedimiento electrocinético de la presente invención donde se muestra la aplicación de pulsos de corriente en los medios más próximos al material poroso a tratar (A2 y C2) y de corriente continua en los electrodos más alejados (Al y C í ). Figurs 6, Vista general de dispositivo diseñado para la aplicación del procedimiento en superficies pétreas, en la cual se pueden apreciar los siguientes elementos; cuerpo o caja principal (1 ), uno o dos electrodos (2), una pieza móvil (3), tres resortes (4) que se alojan en tres cilindros (5) que se caracterizan por tener una rosca hembra en uno de sus extremos, tres tapones machos (6), cuatro piezas móviles (7) que sujetan a uno de los electrodos y que estás alojadas en 4 hendiduras practicadas en la mitad de la caja principal (8), ocho agujeros para fíjar la caja a una pared (9), dos tapas superiores (10) cada una de ellas con un surco (12) y una tapa inferior ( 1 1).

Figurg 7. Detalle de vista en perfil del dispositivo diseñado donde se especifican sus dimensiones en mm y donde se identifican cada uno de los elementos que lo componen.

Figurs 8. Destalle de vista en planta del dispositivo diseñado (parte superior e inferior), donde se especifican sus dimensiones en mm.

Figura 9, Esquema del procedimiento electrocinético empleado en la mayor parte de las intervenciones realizadas para la extracción de iones presentes en el interior de materiales porosos,

Ejemplo de ims realización detallada

Este procedimiento novedoso se evatfío en laboratorio siguiendo los montajes de las Figuras 1 , 3 y 4 en la desal nización de muestras de dos tipos de materiales porosos diferentes como son una arenisca y un tipo de ladrillo árabe, empleando para ello el sistema de conexión en serie de la Figura 2.

Los parámetros evaluados y que se detallan a continuación, se compararon con los obtenidos al emplear el diseño que viene recogido en la mayoría de las investigaciones realizadas hasta la fecha (Figura 9).

Para la evaluación del nuevo procedimiento en sus diferentes vanantes (Figuras 1 , 3 y 4) se evaluaron los siguientes escenarios:

1. Para la configuración general del procedimiento recogido en la presente invención

(Figura 1 ) se evaluaron a su vez dos escenarios distintos, en uno de ellos se estableció una diferencia de potencial entre ios electrodos del ánodo de 2 V y entre los electrodos del cátodo de 1 V. Mientras que en el otro, se incrementó esa diferencia de potencial entre los electrodos del ánodo a 4 V y se mantuvo la misma diferencia de potencial entre los electrodos del cátodo.

2. Para la configuración deí procedimiento recogido en la Figura 3 (mejora Únicamente del ánodo) se evaluaron las dos diferencias de potencial que se habían evaluado en la configuración general, es decir, diferencias de 2 y 4 V entre los electrodos de! ánodo.

3. Para la variante del procedimiento recogido en la Figura 4 (mejora fínicamente del cátodo), se evaluó únicamente como influye en los resultados una diferencia de potencial de 1 V entre los electrodos del cátodo.

En todos los ensayos realizados, tanto los que emplean la configuración del procedimiento descrito en esta invención (Figuras 1 , 3 y 4), como los realizados con la configuración tradicional (Figura 9), se aplicó en el electrodo del ánodo situado en el medio más próximo al material (A2) un potencial constante de 10 V.

Los parámetros evaluados en todas las configuraciones ensayadas antes, durante y una vez finalizados los diferentes tratamientos fueron los siguientes:

• Registro de la evolución de la intensidad de corriente y de la resistencia entre cada uno de los medios que conforman cada uno de Sos procedimientos evaluados en cada caso, a partir del registro de las diferentes caídas de potencial que se producen entre electrodos (áV entre ánodos, ΔΥ entre cátodos y ñV entre electrodos situados en las proximidades del material) así como de la intensidad y de la resistencia global (AV entre el ánodo principal y el cátodo principal del montaje),

« Reducción en el contenido de humedad de las diferentes papetas aplicadas en cada medio, β Contenido de humedad del material poroso en el instante en que se dio por finalizado el tratamiento.

s Conductividad y pH en cada uno de los medios que conforman cada compartimento a diferentes intervalos de tiempo.

β Conductividad y pH de las papetas y de los materiales porosos tratados, antes y después del tratamiento.

• Contenido iónico retenido en las diferentes papetas una vez finalizado el tratamiento a partir de extracciones acuosas que son analizadas por cromatografía iónica y espectroscopia de plasma (ÍCP-OES).

« Eficacia de extracción obtenida a partir de ios análisis cuantitativos realizados sobre extracciones acuosas obtenidas de la filtración de diferentes partes de roca que se han sometido a un proceso de agitación y posterior filtrado mediante cromatografía iónica e ICP, comparando para ello el contenido iónico final presente en el interior de las muestras de los diferentes materiales porosos con el contenido iónico inicial de 4 muestras de cada material que se contaminaron siguiendo el mismo procedimiento y que se tomaron como referencia.

Posteriormente, se evalúo la eficacia del procedimiento y sus variantes (Figuras 1 , 3 y 4) en la desalinizacion in situ de una pared de ladrillo de un edificio histórico empleando para ello el dispositivo objeto también de esta invención (Figuras 6, 7 y 8).

En este caso, los resultados obtenidos se compararon con Sos alcanzados al emplear eí dispositivo diseñado por Ottosen y que se basa en el establecimiento de un campo eléctrico siguiendo el esquema de la Figura 9 [Ottosen, L.M. et al. Scientifíc Advances and Innovative Applications ín Eleetrokinetic Remediaiion 2010] [Ottosen, L.M. et al. Structural Faults and Repair, Edinburgh 2012. Proceedings 2012] .

En este caso se analizaron únicamente tres escenarios:

* Procedimiento general (Figura 1 ), estableciéndose una diferencia de potencial entre los electrodos del ánodo de 2 V y entre los del cátodo de 3 V.

* Mejora del compartimento anódíeo (Figura 3), en el cual se estableció una diferencia de potencial entre los electrodos del ánodo de 2 V.

« Mejora del compartimento catódico (Figura 4), en el cual se estableció una diferencia de potencial entre Sos electrodos del cátodo de I V.

Los parámetros evaluados fueron los mismos que los evaluados en laboratorio.

Los resultados obtenidos tanto en laboratorio como en su aplicación in situ demuestran como:

a) La mejora del ánodo permitió:

o Mantener durante más tiempo un contenido de humedad suficiente en el interior de las papetas y de las muestras de roca, que impidió que el flujo de corriente se viese iníemimpido y/o diezmado durante la duración del ensayo. Este hecho permitió que ia intensidad de comente tras 15 días de tratamiento se mantuviese con el nuevo procedimiento en valores entre 5-8 mÁ en función de la diferencia de potencial aplicada (2V y 4V respectivamente), mientras que con el ensayo tradicional la intensidad a los 2 días de aplicación se había reducido a valores en torno a 0.5-1 mA.

Con la configuración tradicional, el contenido de agua en el interior de las papeías al finalizar el tratamiento se redujo en un 16% mientras que con el nuevo procedimiento se redujo en torno a un 8% (un 50% menos de reducción que con el ensayo tradicional). Con respecto al contenido de agua en el interior de la roca, la aplicación de una diferencia de potencial de 2V entre los electrodos del ánodo ocasiona un incremento del contenido de agua de Sa roca con respecto a la aplicación del método tradicional de un 24% aproximadamente, mientras que con la aplicación de una diferencia de potencial de 4V el incremento ocasionado fue de un 41 % aproximadamente,

o Tamponar los valores de pH ácidos que se alcanzan en las proximidades del material a tratar al utilizar la metodología tradicional donde se han medido valores de pH en tomo a 6,5.

Con el nuevo procedimiento únicamente se apreciaron valores ácidos de pH en el medio mis alejado (Al), alcanzando valores de pH entre 2,5-3,7 en función de si la diferencia de potencial establecida fue mayor o menor respectivamente entre electrodos del ánodo. Sin embargo, en las proximidades de las rocas se mantuvo en tomo a 7.5 para una diferencia de potencial de 2V y de 9 para una diferencia de potencial de 4V lo que indica que en este fltimo caso se podría haber reducido la cantidad de CaCC¼ de la pápela ya que la nueva d tribución del campo permite tamponar los valores de pH ácidos alcanzados en el primer medio.

o La mejora del ánodo ha permitido incrementar entre un 10-13% la cantidad de iones cloruro, entre un 6- 10% la cantidad de iones nitrato y ers un 40% la cantidad de iones sulfato extraídos por el procedimiento tradicional. Este resultado muestra la mayor eficacia que presenta la mejora del ánodo en la extracción de iones, sobre todo si observamos los resultados obtenidos con los iones menos móviles como los sulfato que son los más difíciles de extraer y que necesitan de una mayor duración del tratamiento, por lo que es imprescindible garantizar que el tratamiento no se vea interrumpido por el secado del material situado en las proximidades del electrodo positivo (ánodo).

Con la mejora del cátodo se concluyo:

o La mejora de este compartimento no consiguió mejorar el proceso de secado y/o de perdida de agua que se produce en la papeta situada en el compartimento anódico donde se apreció un incremento considerable de resistencia, lo que se traduce en una circulación de intensidad de corriente con este procedimiento inferior a la alcanzada con el procedimiento de mejora del ánodo (0.5-1 mA tras 7 días). Sin embargo, esta mejora en el compartimento catódico permitió incrementar del contenido de agua en el interior del material poroso en un 40%, principalmente en ia zona del material que se encuentra en contacto con el cátodo. c La nueva distribución del campo al establecer esta diferencia de potencial entre los electrodos del cátodo, permitió tamponar ios valores de pH tan elevados que se producen en las proximidades del electrodo situado en el medio más alejado (electrodo que actáa como verdadero cátodo del sistema) pasando de 12 a 10. o La distribución del campo y el empleo de las papeías utilizadas en el cátodo, permitió ' incrementar la eficacia del tratamiento al conseguir mitigar la cantidad de iones OH que penetran en eí interior del material a tratar. De esta forma se obtuvieron porcentajes de extracción del orden de un S% superior a los alcanzados con el ensayo tradicional.

La mejora de ambos compartimentos simultáneamente (realización preferente de la presente invención) permitió alcanzar las ventajas que aportan los procedimientos descritos en los párrafos anteriores (mejora exclusivamente del ánodo o del cátodo) de forma conjunta:

o Disminución de la pérdida de agua que se produce en las papetas situadas en el compartimento anódico. Prácticamente durante la duración del tratamiento el contenido de humedad en las papetas ha sido lo suficientemente elevado como para que circulase una intensidad de corriente promedio de 6 mA. Además se aprecié ai finalizar el ensayo, corno la nueva distribución permitió incrementar el contenido de agua presente en el interior de la roca en un porcentaje superior a un 300% con respecto al que presenta la roca al aplicar el tratamiento tradicional.

o Tamponarniento de los valores extremos de pH que se alcanzan en los medios donde se localizan los electrodos (El y E4), no apreciándose estos valores de pH en las proximidades del material a tratar. El tamponarniento del pH en e! ánodo ha vuelto a ser mayor cuando se establece una mayor diferencia de potencial entre los electrodos del ánodo.

o Reducciones de todos los iones próximas al 100%, debido seguramente a: 1 ) la elevada intensidad de corriente que circule por el interior del material durante todo el tratamiento gracias al elevado contenido de humedad que presentaban todos los medios y 2) la disminución en la cantidad de iones H + y OH " que penetraron en el interior del material, lo que facilito la migración de los iones presentes en los medios porosos tratados.

Dispositivo

En un modo de realización particular que permite la aplicación del procedimiento de la presente invención en cualquiera de sus variantes en superficies porosas verticales como son las paredes de edificaciones o infraestructuras, se ha diseñado un dispositivo especifico (Figuras 6, 7 y 8).

Este dispositivo comprende un cuerpo o caja principal (1) en el que van alojados los dos electrodos (2), una pieza móvil (3) y las papetas que se utilicen para retener los iones extraídos.

Uno de los electrodos se fíja a la pieza móvil (3), El movimiento de esta pieza es proporcionado por "la presión que ejercen tres resortes (4) que van alojados en el interior de tres cilindros huecos de la pieza 3 diseñados para tal fin (5). Estas piezas (5) presentan una rosea hembra, a la que se !e une un tapón con rosca macho (6) para suministrar una presión homogénea a lo largo de toda la pieza 3 suministrada por la contracción del resorte (4).

Esta parte del diseno es fundamental ya que a medida qne las papetas se van secando es necesario incrementar la presión existente para mantener un buen contacto entre papetas y entre la papeta y la pared, con el objeto de impedir que el contacto entre ambos medios se vea reducido debido a una contracción de volumen de las papetas y por tanto permitir que el proceso de desaiinizacián continúe.

El otro electrodo presenta un grado de libertad, que le permite realizar un movimiento horizontal.

Para conseguir este movimiento, el electrodo va montado sobre unos soportes polirne cos (7) que están alojados en el interior de unas hendiduras (8) practicadas en el interior de la caja principal a modo de guía.

Entre ambos electrodos y entre el electrodo móvil y la pared de la construcción a intervenir, irán alojadas las papetas, cuyas misiones principales se recogen en el apartado de descripción de 3a presente invención.

La fijación de los dispositivos a una superficie vertical se realiza mediante el atornillado de 3os mismos a través de ocho agujeros que presentan las cajas (9). El dispositivo permite realizar la carga de ías papetas y la descarga de las mismas sin la necesidad de desacoplarlas de la pared. Para ello, se han diseñado una serie de tapas (dos superiores (10) y una inferior (1 1 ) que permiten acceder al interior de la celda durante el tratamiento, sin necesidad de desmontarlas.

Las tapas superiores presentan dos surcos (12) para la salida de los cables de conexión que conectan los electrodos con la fuente de alimentación.

De forma más esquemática se adjuntan en este documento el plano en perfil de la celda diseñada (Figura 7) donde se obsen'an los diferentes elementos que componen la celda y que han sido descritos en los pirrafos anteriores, así como las vistas en planta de 3a parte superior e inferior (Figura 8),