CN101423267B

CN101423267B - 一种免维护的长寿命电解防污装置

Info

Publication number: CN101423267B
Application number: CN2008101586433A
Authority: CN
Inventors: 王均涛; 许立坤; 韩严
Original assignee: 725th Research Institute of CSIC
Current assignee: 725th Research Institute of CSIC
Priority date: 2008-11-02
Filing date: 2008-11-02
Publication date: 2010-12-08
Anticipated expiration: 2028-11-02
Also published as: CN101423267A

Abstract

本发明属于电化学电解防污领域，涉及一种适用于在海水中使用的免维护的长寿命电解防污装置，主体包括可换向直流电解电源、电解阳极、镍合金阴极、时间继电器、电解池外壳及电缆；直流电解电源输出不同方向电流，其时间、大小参数由面板或计算机设定；电解阳极为金属铂涂层或混合金属氧化物涂层，在各种海水环境下电解30天以上不会显著降低电流效率；传导电流的阴极采用扁平光滑的镍合金材料；通向电解池的电流方向每间隔5～30天切换一次，每次切换通过电解池的反向电流时间为1～10分钟，电流密度为10～100A/m²；其原理可靠，工艺过程简单，成本低，防污效果好，设备使用寿命长。

Description

一种免维护的长寿命电解防污装置

技术领域：

本发明属于电化学电解防污领域，涉及一种适用于在海水中使用的免维护的长寿命电解防污装置。

背景技术：

目前，直接电解海水制造次氯酸盐，以防止海水中使用的冷却系统、管路系统及关键部件上出现海生物污损和污垢的工艺方法，不仅比传统添加氯气的方法更为安全和经济，而且使用的装置也相对比较简单。然而，由于海水中存在的杂质较多，给这种工艺方法的实施带来了许多问题。众所周之，海水中除了含有生成次氯酸盐的原材料氯化钠之外，还含有一些干扰海水电解工艺的杂质离子，这些杂质离子会进入电解电池并在电极上形成有害的积垢。通常条件下，电解电池的阴极上会沉积钙镁层，这些沉积层会使电解过程受阻或中止。此外，由于海水中氯化钠浓度低，电解海水过程中阳极上不仅会发生析氯的基本反应，而且还会发生析氧、溴化物和硫化物氧化成单质等反应，这些反应都会对电极造成损害，而且析氧反应会使电解析氯过程的效率降低。近来研究表明盐水中溶解含锰量为0.01-0.02ppm时，锰会在阳极上形成积垢并增加工作电池电压和降低工作电流效率。在有些情况下，海洋中的水含有0.001-0.01ppm的锰，尽管正常情况下海水中的锰含量不会影响阳极性能，但是在工业区港口的水中常常由于钢铁工业和其它工业或含锰量较高的地下水而使水中含有高浓度的锰。

目前已有许多技术方案来消除电极表面的有害积垢，包括机械清除积垢，电解电池中酸洗以溶解积垢，采用砂过滤器或硅酸铝钠，在盐溶液进入电解电池之前清除铁和锰等等。日本公开特许公报(A)昭61-37990介绍了一种改进工艺，让电解室流出的次氯酸钠溶液重新返回，调节返回液体与海水的比例，不仅可提高混合液温度，还能使Br^-、I^-和S^2-杂质氧化到单质状态。然而，上述方法的使用结果却难以令人满意，存在着使用效果不明显，工艺过程不易控制等缺点；还有采用机械清除的方法存在着价格贵，又花费时间的缺点；酸洗法会引起腐蚀问题等等；而且，现有的这些清除方法都要停止电池工作；另外，使用砂过滤器的方法成本太高；而混合海水法又需要增加合适的反应器并合理计算混合量，调配较困难，而且无法消除Mn²⁺的影响。所以，现有的方法普遍存在着工艺方法较复杂，除污垢成本高，效率低，难以适应各种场合的理想结果等缺点。

发明内容：

本发明的目的在于克服现有技术中存在的缺点，寻求设计一种不需要改变现有电解防污装置的外形，不增加新的组件，通过电解电源的电压自动定期改变方向，同时电池中阴、阳极采用指定的材料，即可实现装置至少3年析氯电流效率在70％以上免维护运行，免除了维护所需人力及设备费用，电解池不需要长时间停止工作。

为了实现上述目的，本发明设计的免维护的长寿命电解防污装置通过采用定期对电解池施加微小的反向电流进行积垢清除实现免维护目标，所使用的电解防污装置主体包括可换向的直流电解电源、产生防污剂的长寿命氧化物电解阳极、传导电流的镍合金阴极、可调式时间继电器、电解池外壳及连接电缆；其中直流电解电源输出不同方向电流，输出电流的时间、大小参数由面板或计算机程序设定；产生防污剂的电解阳极为金属铂涂层或混合金属氧化物涂层，其在各种海水环境下电解30天以上不会显著降低电流效率；传导电流的阴极采用扁平光滑的Hastelloy C镍合金材料；通向电解池的工作电流方向每间隔5～30天切换一次，每次切换施加通过电解池的反向电流的时间为1～10分钟，电流密度为10～100A/m²，电解防污装置免维护运行时间不少于3年。

本发明的直流电解电源输出不同方向电流的时间、大小参数由面板或计算机程序设定后通过整流器电路中的时间继电器和双向电流调节旋钮实现的，先在电解开始时设定电解电流的方向、大小、时间以及反向电流的大小、电解时间等参数；采用计算机控制的PLD程序输入电解过程中所需电流的参数，再与网络连接实现在线监控，随时调节；或在现有电源的基础上添加一个小型的辅助整流器电源，当要求电池施加反向电流时接通，同时切断正向电解电流，到达规定反向电解时间后再切断辅助整流器电源，同时施加正向电解电流。

本发明涉及的产生防污剂的电解阳极具有稳定的尺寸加工制成为板状、网状、管状或任意几何形状，电解阳极是在金属导电基体表面涂制电催化涂层，其中金属导电基体是阀型金属，包括钛、钽、锆或钛合金；电催化涂层为金属铂涂层或混合金属氧化物涂层，其中混合金属氧化物包括RuO₂、IrO₂、SnO₂、PtO₂、Ta₂O₅中的一种或几种，由三氯化钌(RuCl₃·3H₂O)、氯铱酸(H₂IrCl₆·xH₂O)、二月桂酸二丁基锡(C₃₂H₆₄O₄Sn)、氯铂酸(H₂PtCl₆)和氯化钽(TaCl₅)热氧化制得；或包括其它加热后能形成所需氧化物的化合物；金属氧化物电解阳极在海水环境下电解30天以上不降低电流效率，在定期反向电流的作用下使用寿命不少于3年。

本发明涉及的传导电流的阴极材料在电流反向时短暂作为电解的阳极，具有导电性和耐腐蚀性，阴极有大的比表面积和低的析氢过电位；阴极材料包括钛、镍、钛合金或镍合金，优先选用镍基合金，其中Hastelloy C镍合金最佳；所用的阴极为扁平的板状物，表面光滑以避免钙镁沉积层形成。

本发明通过定期切换施加反向电解电流以清除电极表面积垢，恢复电解析氯效率，通向电解池的工作电流最长可每30天切断一次，每次施加通过电池的反向电流的时间为1～10分钟，其密度在10～100A/m²；由于反向电流密度只相当于工作电流密度的1～10％，不会破坏电解过程中使用的尺寸稳定阳极的活性。

本发明与现有技术相比优势明显，在电解海水防污、电化学污水处理及海水消毒等领域应用广泛，在维护不便或空间紧张的使用场合推广使用前景好；使用时只需按规定进行设定，在使用期间无须人工维护而不会显著降低电流效率，节省现在通常采用酸洗方法的物料损耗和人力资源；混合金属氧化物阳极具有的耐氧腐蚀性能及耐反向电流电解性能，保证了该装置连续运行3年以上，避免了由于装置停止运行、人员劳动量大等原因造成的损失，节省了资源。

附图说明：

图1为本发明装置连接结构原理示意图，电解池外壳6中放置电解液5。

具体实施方式：

下面结合实施例做进一步描述。

实施例：

本实施例设计的装置采用定期对电解池施加微小的反向电流进行积垢清除达到免维护目标，装置主体包括可换向的直流电解电源3、产生防污剂的长寿命氧化物电解阳极1、传导电流的镍合金阴极2、可调式时间继电器4、电解池外壳6及连接电缆；其中直流电解电源3输出不同方向电流，且输出电流的时间、大小等参数可由面板或计算机程序设定；产生防污剂的电解阳极1为金属铂涂层或混合金属氧化物涂层，其在各种海水环境下电解30天以上不会显著降低电流效率；传导电流的阴极采用扁平光滑的Hastelloy C镍合金材料；通向电解池的工作电流方向每间隔5～30天切换一次，每次切换施加通过电解池的反向电流的时间为1～10分钟，电流密度为10～100A/m²，电解防污装置免维护运行时间不少于3年。

本实施例的直流电解电源3输出不同方向电流的时间、大小参数由面板或计算机程序设定后，通过整流器电路中的时间继电器4和双向电流调节旋钮实现的，先在电解开始时设定电解电流的方向、大小、时间以及反向电流的大小、电解时间等参数；采用计算机控制的PLD程序输入电解过程中所需电流的参数，再与网络连接实现在线监控，随时调节；或在现有电源的基础上添加一个小型的辅助整流器电源，当要求电池施加反向电流时接通，同时切断正向电解电流，到达规定反向电解时间后再切断辅助整流器电源，同时施加正向电解电流。

本实施例涉及的产生防污剂的电解阳极1具有稳定的尺寸加工成为板状、网状、管状或任意几何形状，电解阳极1是在金属导电基体表面涂制电催化涂层，其中金属导电基体是阀型金属，包括钛、钽、锆或钛合金；电催化涂层为金属铂涂层或混合金属氧化物涂层，其中混合金属氧化物包括RuO₂、IrO₂、SnO₂、PtO₂、Ta₂O₅中的一种或几种，由三氯化钌(RuCl₃·3H₂O)、氯铱酸(H₂IrCl₆·xH₂O)、二月桂酸二丁基锡(C₃₂H₆₄O₄Sn)、氯铂酸(H₂PtCl₆)和氯化钽(TaCl₅)热氧化制得；还包括其它加热后能形成所需氧化物的化合物；金属氧化物电解阳极在海水环境下电解30天以上不降低电流效率，在定期反向电流的作用下使用寿命不少于3年。

本实施例涉及的传导电流的镍合金阴极2材料在电流反向时会短暂作为电解的阳极，具有导电性和耐腐蚀性，阴极有大的比表面积和低的析氢过电位；阴极材料包括钛、镍、钛合金和镍合金，优先选用镍基合金，其中Hastelloy C镍合金最佳；所用的阴极为扁平的板状物，表面光滑以避免钙镁沉积层形成。

本实施例采用市售时间继电器4控制整流器电流的输出方向，以钛基混合金属氧化物阳极作为工作电极，Hastelloy C-276合金为阴极，在海水中进行电解析氯性能测试时，其试验用钛基氧化物阳极成分重量配比(At.％)为Ru:Ir:Sn＝10:50:40，氧化物载量为6g/m2，通过滴定方法确定氧化物阳极的析氯电流效率为90％，在天然海水中以1000A/m²的电流工作，连续电解30天后析氯电流效率降为72％左右，再将电流反向，电流密度控制为50A/m²，反向时间为20分钟，然后滴定其电流效率恢复至90％左右；再经过3个周期90天电解运行，电解电池的电解电流效率、工作槽压、电耗等重要指标与未工作的新电解池等同，阴阳极质量不变；扫描电镜及能谱仪分析表明，经过30天的海水电解后阳极表面有锰离子存在，反向电流电解后电极表面没检测到锰离子。

Claims

1.一种免维护的长寿命电解防污装置，其主体包括可换向的直流电解电源、产生防污剂的长寿命氧化物电解阳极、传导电流的镍合金阴极、可调式时间继电器、电解池外壳及连接电缆，其特征在于直流电解电源输出不同方向电流，输出电流的时间、大小参数由面板或计算机程序设定；产生防污剂的电解阳极为在金属导电基体表面涂制电催化涂层，金属导电基体是阀型金属，包括钛、钽、锆或钛合金；电催化涂层为混合金属氧化物涂层，其混合金属氧化物包括RuO₂、IrO₂、SnO₂、PtO₂、Ta₂O₅中的几种，由三氯化钌、氯铱酸、二月桂酸二丁基锡、氯铂酸和氯化钽热氧化制得；在各种海水环境下电解30天以上不会显著降低电流效率；传导电流的镍合金阴极采用扁平光滑的Hastelloy C镍合金材料；通向电解池的工作电流方向每间隔5～30天切换一次，每次切换施加通过电解池的反向电流的时间为1～10分钟，电流密度为10～100A/m²，电解防污装置免维护运行时间不少于3年。

2.根据权利要求1所述的一种免维护的长寿命电解防污装置，其特征在于直流电解电源输出不同方向电流的时间、大小参数由面板或计算机程序设定后通过整流器电路中的时间继电器和双向电流调节旋钮实现，先在电解开始时设定电解电流的方向、大小、时间以及反向电流的大小、电解时间参数；采用计算机控制程序输入电解过程中所需电流的参数，再与网络连接实现在线监控，随时调节；或在现有电源的基础上添加一个小型的辅助整流器电源，当要求电池施加反向电流时接通，同时切断正向电解电流，到达规定反向电解时间后再切断辅助整流器电源，同时施加正向电解电流。

3.根据权利要求1所述的一种免维护的长寿命电解防污装置，其特征在于产生防污剂的电解阳极为板状、网状或管状。

4.根据权利要求1所述的一种免维护的长寿命电解防污装置，其特征在于传导电流的阴极材料在电流反向时短暂作为电解的阳极，具有导电性和耐腐蚀性，阴极为扁平的板状物，表面光滑以避免钙镁沉积层形成。