CN101845639A - 一种连续操作小型电解还原池 - Google Patents

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李少伟
陈靖
文明芬
王建晨
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Abstract

本发明公开了属于化学化工的电化学反应装置技术领域的一种连续操作小型电解还原池。该电解还原池由阳极部分和阴极部分通过嵌入一个整体壳体或直接通过螺纹连接组合而成。阳极部分由电解池密封盖、阳极支撑棒和阳极线圈构成；阴极部分由料液入口、电解池壳体和料液出口构成；电解池壳体和阳极支撑棒之间的间隙构成电解室。待电解还原的料液通过入口进入电解室，在电解室中流动的过程中被电解还原，电极附近料液不断更新，实现了高效率的电解，电解还原完的料液通过出口流出。该电解还原池具有占用体积小、使用方便、效率高、可以连续操作的优点，在化学、化工、石化、医药和食品等众多领域有重要前景。

Description

一种连续操作小型电解还原池
技术领域
本发明属于化学化工的电化学反应装置技术领域，特别涉及一种连续操作小型电解还原池。
背景技术
电解还原过程是化学化工学科的一个重要过程，在很多化学化工领域都有广泛应用。电解还原过程相对一般还原过程有不引入杂质和腐蚀性离子，不增加料液体积等优势。传统的电解还原设备一般是批式操作的槽式结构，一次性加入一定量料液后，在阴极和阳极之间通电一定时间后完成电解还原过程，将料液取出，再进行下一批操作。这样的操作方式很不方便，不利于过程的自动化。另一方面，批式操作设备内如果没有搅拌，那么电解效率会很低，因为电极附近溶液会极化，与溶液主体间形成很大的浓度差，电解形成的新物质只能通过扩散来达到液相主体，速度很慢，同时电极附近反应物越来越少，副反应量越来越大；而如果有搅拌，则要承受搅拌带来的能量消耗，而且有些过程不希望也不适合搅拌的引入，比如放射性操作中一般不希望有搅拌这样的大运动部件引入。在这样的背景下，开发连续操作的、没有主体传质阻力的新的电解设备，将有重要的实用意义。
发明内容
本发明的目的是提供一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：该电解还原池由阳极部分和阴极部分组合而成，这两部分通过嵌入一个整体壳体或直接通过螺纹连接而组合在一起；
所述阴极部分由料液入口、电解池壳体和料液出口构成，电解池壳体上设置料液入口和料液出口，电解池壳体作为壳体的同时也与电源负极相连，作电解还原池的阴极使用；
所述阳极部分由电解池密封盖、阳极支撑棒和阳极线圈构成，阳极支撑棒置于电解池壳体内腔，阳极线圈缠绕在阳极支撑棒上作为阳极使用，阳极线圈通过导线与电源正极相连；
电解池密封盖将阳极支撑棒和阳极线圈封在电解池壳体内，电解池壳体与电解池密封盖形成的空间内阳极支撑棒和电解池壳体之间的间隙构成电解室。
待电解还原的料液通过料液入口进入电解室，在电解室中流动的过程中被电解还原，通过料液出口流出。
电解池密封盖和阳极支撑棒为绝缘材质，阳极线圈为惰性导体材质。在使用中，也可以直接用惰性导体棒来代替阳极支撑棒和阳极线圈。电解池壳体为导体材质(一般为金属)。
所述电解室的尺寸根据反应体系需要，可通过调节电解池壳体和阳极支撑棒的尺寸来调节。
所述料液流量和电解电流大小可根据实际需要进行调节。
其原理在于：电解室由阴极和阳极之间的间隙构成，料液处于边流动边电解的状态，且由于料液流动，电极附近料液不断更新，减小了传质对电解效率的减弱。
本发明的有益效果为：本发明的连续操作小型电解还原池具有占用体积小、使用方便、效率高、可以连续操作的优点。可应用于化学、化工、石化、医药和食品等众多领域，特别是化学化工的还原过程，可实现料液的连续进料，停留时间可控；料液流动过程中传质快，电解效率高；电解池长度和间隙宽度可根据需要调节，适应不同体系和不同规模的电解还原过程；设备结构紧凑，节省制造原料和空间，使用方便；是一种新型、高效的电解还原设备。
附图说明
图1是连续操作小型电解池示意图；
图中标号：1-电解池密封盖；2-阳极支撑棒；3-阳极线圈；4-直流电源；5-料液入口；6-电解池壳体(阴极)；7-电解室；8-料液出口。
具体实施方式
本发明提出一种连续进料的小型电解还原池。该电解还原池由图1所示的阳极部分和阴极部分直接通过螺纹连接组合而成(也可以通过将阳极部分和阴极部分嵌入一个整体壳体组合而成)。
所述阴极部分由料液入口5、电解池壳体6和料液出口8构成，电解池壳体6上设置料液入口5和料液出口8，电解池壳体6作为壳体的同时也与电源4负极相连，作电解还原池的阴极使用；
所述阳极部分由电解池密封盖1、阳极支撑棒2和阳极线圈3构成，阳极支撑棒2置于电解池壳体6内腔，阳极线圈3缠绕在阳极支撑棒2上作为阳极使用，阳极线圈3通过导线与电源4正极相连；
电解池密封盖1将阳极支撑棒2和阳极线圈3封在电解池壳体6内，电解池壳体6与电解池密封盖1形成的空间内阳极支撑棒2和电解池壳体6之间的间隙构成电解室7。
待电解还原的料液通过料液入口5进入电解室7，在电解室7中流动的过程中被电解还原，通过料液出口8流出。
电解池密封盖1和阳极支撑棒2为绝缘材质，阳极线圈3为惰性导体材质。也可以直接用惰性导体棒来代替阳极支撑棒2和阳极线圈3。电解池壳体6为导体材质。
所述电解室7的尺寸根据反应体系需要，可通过调节电解池壳体6和阳极支撑棒2的尺寸来调节。
所述料液流量和电解电流大小可根据实际需要进行调节。
操作时，将电源的正负极分别接电解还原池的阳极和阴极；将待电解还原的料液用泵打入料液入口5，根据实验需要调节固定流量；料液进入电解室7，在电流作用下发生电解，按电解实验需要，依据流量大小，固定一定电压或电流；料液在通过电解室后电解过程完成，电解完的料液通过出口8流出。
采用上述小型电解还原池进行电解还原操作。
实施例1：
将含0.15mol/L Fe(NO3)3、0.04mol/L N2H5NO3和1mol/L HNO3的溶液作为进料，用蠕动泵打入连续电解池的入口，固定电流为0.1A，调节蠕动泵流量为0.2mL/min，停留时间为10min，在出口收集料液并测定其中Fe2+浓度，计算出还原率为62％。
实施例2：
将含0.15mol/L Fe(NO3)3、0.04mol/L N2H5NO3和1mol/L HNO3的溶液作为进料，用蠕动泵打入连续电解池的入口，固定电流为0.1A，调节蠕动泵流量为2mL/min，停留时间为1min，在出口收集料液并测定其中Fe2+浓度，计算出还原率为15％。
实施例3：
将含0.15mol/L Fe(NO3)3、0.04mol/L N2H5NO3和1mol/L HNO3的溶液作为进料，用蠕动泵打入连续电解池的入口，固定电流为0.05A，调节蠕动泵流量为0.2mL/min，停留时间为10min，在出口收集料液并测定其中Fe2+浓度，计算出还原率为61％。
实施例4：
将含0.15mol/L Fe(NO3)3、0.2mol/L N2H5NO3和1mol/L HNO3的溶液作为进料，用蠕动泵打入连续电解池的入口，固定电流为0.05A，调节蠕动泵流量为0.2mL/min，停留时间为10min，在出口收集料液并测定其中Fe2+浓度，计算出还原率为62％。
实施例5：
将含0.05mol/L Fe(NO3)3、0.04mol/L N2H5NO3和1mol/L HNO3的溶液作为进料，用蠕动泵打入连续电解池的入口，固定电流为0.05A，调节蠕动泵流量为0.2mL/min，停留时间为10min，在出口收集料液并测定其中Fe2+浓度，计算出还原率为60％。
从上述实施例可以说明本发明具有电流效率高和可连续操作的特点，设备加工成本低，占用体积小，操作简单；特别适合于化学化工电解还原领域应用。

Claims (7)

1.一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：该电解还原池由阳极部分和阴极部分组合而成，这两部分通过嵌入一个整体壳体或直接通过螺纹连接而组合在一起；
所述阴极部分由料液入口(5)、电解池壳体(6)和料液出口(8)构成，电解池壳体(6)上设置料液入口(5)和料液出口(8)，电解池壳体(6)作为壳体的同时也与电源(4)负极相连，作电解还原池的阴极使用；
所述阳极部分由电解池密封盖(1)、阳极支撑棒(2)和阳极线圈(3)构成，阳极支撑棒(2)置于电解池壳体(6)内腔，阳极线圈(3)缠绕在阳极支撑棒(2)上作为阳极使用，阳极线圈(3)通过导线与电源(4)正极相连；
电解池密封盖(1)将阳极支撑棒(2)和阳极线圈(3)封在电解池壳体(6)内，电解池壳体(6)与电解池密封盖(1)形成的空间内阳极支撑棒(2)和电解池壳体(6)之间的间隙构成电解室(7)。
2.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：直接用惰性导体棒来代替阳极支撑棒(2)和阳极线圈(3)。
3.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：电解池密封盖(1)和阳极支撑棒(2)为绝缘材质，阳极线圈(3)为惰性导体材质。
4.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：电解池壳体(6)为导体材质。
5.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：所述电解室(7)的尺寸根据反应体系需要，通过调节电解池壳体(6)和阳极支撑棒(2)的尺寸来调节。
6.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：所述料液流量和电解电流大小可根据实际需要进行调节。
7.根据权利要求1所述的一种连续操作小型电解还原池，其特征在于：待电解还原的料液通过料液入口(5)进入电解室(7)，在电解室(7)中流动的过程中被电解还原，通过料液出口(8)流出。
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