CN103408109B - 一种透水性电极板及其制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种透水性电极板，包括一体成型的梳状阳极，由平行设置的若干阳极和与所述若干阳极相连接的阳极极耳组成；一体成型的梳状阴极，由平行设置的若干阴极和与所述若干阴极相连接的阴极极耳组成；所述梳状阳极和所述梳状阴极在相向交插设置，使所述阳极与所述阴极相间排列，形成组合电极组；所述阳极、阴极包覆于透水材料内部。在电解过程中产生的气泡在从透水材料逸出的过程中，被透水材料本身具有的不规则排列的微孔切割，减小了气泡的直径，提高了污水的处理效果，气泡由透水材料内部向表面的不断外逸，阻止了透水材料表面的结垢现象，从而延长了电极板的使用寿命。
Description
技术领域
本发明涉及一种电极板，具体地说，涉及一种用于电解气浮污水处理装置中的透水性电极板。
背景技术
气浮技术是常用的污水处理技术之一，其原理是利用特种电极材料对污水进行低耗能电解，过程中生成的微小气泡与水中的污染物附着，一同上浮除去；所产生的气泡直径在10-100微米左右，在水中呈烟雾状，具有很强的气浮效率；电解气浮法通常采用不溶性电极，常用的有不锈钢，石墨，二氧化铅，金属氧化物钛基电极等，通常将电解池安装在水处理池底部，水缓缓流过电解池，气泡与悬浮物接触后吸附，达到分离目的。由此可见，用于电解气浮的电极板及其电解气浮产生的气泡是电解气浮工艺的关键因素之一。
电极板上电解析气的过程包括气泡的形成，长大和气泡脱离三个阶段，其中涉及气体的溶解，过饱和，扩散等成粒过程十分复杂。气泡长大过程，包括电极表面气泡聚并，以中等气泡为中心吞并四周小气泡以及大气泡的滑移聚并，在上升力大于附着力的情况下气泡发生脱离。在电解气浮工艺中电极板产生的气泡的大小，均一程度直接影响气泡与水中污染物的接触面积等，进而影响电解气浮法去除污染物的程度。
中国专利文献CN101250013A公开了一种新型电解气浮污水处理装置，该装置分散室内装有电解电极组，其阴、阳电极板相间布置，形成梳状电极组。该梳状电极组水平安置在分散室的入水口处，使其布满水流截面，使生成的气泡在水流的冲刷下直接分散至全部水流中，这种气泡分散方式使气泡不会在极板表面或上浮过程中发生积聚，气泡直径小且均匀，提高了气浮效果。但该电极组在电解气浮装置中采用了特定的安装方式，使电解气浮装置的结构受到极大的限制；此外，形成该电极组的电极板易于结垢，需要不断拆卸和更换电极组，不仅增加了电解气浮工艺的成本，且拆卸和更换电极组时还需要暂停处理工艺，延长了处理时间，影响了后续工艺的进行，在该文献中作为优选方案，该电解气浮装置中专门设置有用以减轻梳状电极组中电极板的结垢的磁化模块，但无疑增加了装置的体积，和制作成本。
发明内容
为解决现有技术中，得到直径小且均匀的气泡时电极组安装方式单一的问题，和电极板易于结垢需增设专门的除垢装置增加装置制作成本的问题，进而提供了一种可自行产生小且均匀的气泡，并且同时具有自清洁功能的透水性电极板，并进一步提供一种所述透水性电极板的制备方法。
为此，本申请采取的技术方案为：
本发明提供了一种透水性电极板，包括：一体成型的梳状阳极，所述梳状阳极由平行设置的若干阳极和与所述若干阳极相连接的阳极极耳组成；一体成型的梳状阴极，所述梳状阴极由平行设置的若干阴极和与所述若干阴极相连接的阴极极耳组成；所述梳状阳极和所述梳状阴极在同一平面内相向交插设置，使所述阳极与所述阴极相间排列，形成组合电极组；其中，所述阳极和所述阴极包覆于透水材料内部，所述透水材料包括骨料和包覆骨料的亲水性粘结剂。
在上述透水性电极板中，部分所述阳极极耳和部分所述阴极极耳包覆于透水材料内部。
在上述透水性电极板中，所述骨料为粒径40-200目的覆膜石英砂。
在上述透水性电极板中，所述亲水性粘结剂为亲水性环氧树脂、亲水性聚氨酯、亲水性丙烯酸酯中的一种或几种。
在上述透水性电极板中，所述透水性电极板的表面具有微孔，所述微孔的孔径为1-50微米。
在上述透水性电极板中，所述透水性电极板的表面具有微孔，所述透水性电极板的孔隙率为25%-30%。
在上述透水性电极板中，所述骨料和亲水性粘结剂的质量比为25:1-10:1。
在上述透水性电极板中，所述阳极为柱状或片状和所述阴极为柱状或片状。
在上述透水性电极板中，所述阳极与相邻所述阴极的间距为8-12mm。
上述透水性电极板的制备方法，包括如下步骤：
（1）向覆膜石英砂中加入亲水性粘结剂，并搅拌均匀，然后加入固化剂再次搅拌均匀形成粘稠的混合料；
（2）将所述混合料填充于模框中形成一定的厚度后，沿混合料的表面水平放置所述梳状阳极和梳状阴极，并使所述梳状阳极的阳极与所述梳状阴极的阴极相间设置，且所述阳极极耳（3）和所述阴极极耳（4）的同一侧端伸出所述模框一定长度；
（3）所述步骤（2）完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料至填满整个模框，以覆盖所述阳极（1）、阴极（2）、位于所述模框内的阳极极耳（3）和阴极极耳（4）；
（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
与现有技术相比，本申请具有如下优点：
（1）本发明所述电极组由透水材料包覆从而形成透水性电极板，在电解气浮工艺中，污水能够穿过所述透水材料，从而实现电解过程，流经阴阳两极的污水，在正负电极的作用下发生电解，由于透水材料主要由骨料和包覆骨料的亲水性粘结剂构成，从而使透水材料本身具有微孔，电解过程中产生的气泡从透水材料逸出的过程中，被不规则排列的微孔切割，减小了气泡的直径，提高了污水的处理效果，而且电解气浮过程中小气泡的产生是由电极板本身的结构产生了，使电极板的安装不受具体方式的限制；
此外，气泡由透水材料内部向表面的不断外逸，阻止了透水材料表面的结垢现象，从而延长了电极板的使用寿命，进而减少了电解气浮工艺的维护，节省了成本。
（2）本发明所述透水性电极板中，所述骨料为覆膜石英砂，成本低，强度高。
（3）本发明所述透水性电极板中，所述骨料粒径为40-200目，从而保证形成的透水材料的微孔孔径为1-50微米，进而使形成的气泡均匀，并保证气泡的直径为1-50微米，增加了气泡与水中污染物的接触面积，从而提高电解气浮处理效果。
（4）本发明所述透水性电极板中，所述透水性电极板的表面具有微孔，所述透水性电极板的孔隙率为25%-30%，使气泡逸出的速度和数量保持在一定范围内，有效避免水中污染物在电极板表面结垢。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中
图1本发明所述透水性电极板的结构示意图；
图2本发明所述梳状阳极的结构示意图；
图3本发明所述梳状阴极的结构示意图。
其中，附图标记表示为：
1-阳极，2-阴极，3-阳极极耳，4-阴极极耳，5-透水材料，6-梳状阳极，7-梳状阴极。
具体实施方式
图1-3为本发明所述透水性电极板的一种具体实施方式，包括：一体成型的梳状阳极6，所述梳状阳极6由平行设置的若干阳极1和与所述若干阳极相连接的阳极极耳3组成；一体成型的梳状阴极7，所述梳状阴极7由平行设置的若干阴极2和与所述若干阴极相连接的阴极极耳4组成；所述梳状阳极6和梳状阴极7在同一平面内相向交插设置，使所述阳极1与所述阴极2相间设置，形成组合电极组。所述组合电级组的外部包覆有所述透水材料5，并使部分阳极极耳和阴极极耳裸在透水材料的外部（便于接通电源的正负极），进而形成本发明所述的透水性电极板。其中所述透水材料包括骨料和包覆骨料的亲水性粘结剂，所述骨料为粒径40-200目的覆膜石英砂；所述亲水性粘结剂为亲水性环氧树脂、亲水性聚氨酯、亲水性丙烯酸酯中的一种或几种。主要由骨料和包覆骨料的亲水性粘结剂相互粘结形成的透水材料本身具有微孔和一定的孔隙率，从而可以对电解过程中产生的气泡进行切割，形成粒径较均一的气泡。优选地，所述透水材料的微孔直径为1-50微米，所述透水材料的孔隙率为25-30%。
以下为本发明所述透水性电极板的制备方法实施例，其中所述亲水性环氧树脂是蓝星新材料无锡树脂厂生产的E-44型水性环氧树脂，亲水性聚氨酯树脂是辽宁日经咨询有限公司生产的F417505型水性聚氨酯树脂，亲水性丙烯酸酯树脂是北京金汇利应用化工制品有限公司生产的HD-RHA308型水性丙烯酸酯树脂，其它化工原料均购自国内化工市场。在具体使用过程中，所述透水性电极板的形状、尺寸，所述电极的形状、尺寸及材质，可以根据实际情况进行设置，不必拘泥于某一固定的形状、尺寸或材质。
实施例1
（1）向粒径为100-200目覆膜石英砂中加入亲水性环氧树脂，并搅拌均匀，然后加入二羟乙基乙二胺，再次搅拌均匀形成粘稠的混合料备用，在本步骤中所述环氧树脂的加入量与所述覆膜石英砂加入量的质量比为1:25，所述固化剂的加入量为所述环氧树脂加入量的4wt%；
（2）将所述混合料填充于长337mm、宽236mm、高10mm模框中形成4mm的厚度，沿混合料的表面水平相向交插放置预置成型的所述梳状阳极6和梳状阴极7，并使所述梳状阳极的阳极1与所述梳状阴极的阴极2相间设置，其相邻电极间的间距为10mm，其中形成所述梳状阳极的阳极及其阳极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，形成所述梳状阴极及其阴极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，所述阳极极耳和所述阴极极耳同一侧端伸出模框50mm，以便使用过程中接通电源的正负极；
（3）所述步骤（2）完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料，所述混合料填满整个模框，以覆盖所述阳极1、所述阴极2、部分阳极极耳和部分阴极极耳；（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
将所述混合料制备成150mm×150mm×20mm的模块Ⅰ和5mm×5mm×2mm的模块Ⅱ，并在与所述步骤（5）相同的条件下烘干成型，形成相应的透水模块，参照GB/T1966-1996的方法测定150mm×150mm×20mm的透水模块的孔隙率即本实施例中透水性电极板的孔隙率；并将5mm×5mm×2mm的透水模块放置于日产尼康JCM-5000扫描电子显微镜下观察其孔径范围，即本实施例中透水性电极板的孔径范围。经测定其孔径为1-25微米，孔隙率为25%。
实施例2
（1）向粒径为40-70目覆膜石英砂中加入亲水性聚氨酯树脂，并搅拌均匀，然后加入甲苯二异氰酸酯再次搅拌均匀形成粘稠的混合料备用，在本步骤中所述环氧树脂的加入量与所述覆膜石英砂加入量的质量比为1:20，所述固化剂的加入量为所述环氧树脂加入量的3wt%；
（2）将所述混合料填充于长337mm、宽236mm、高10mm模框中形成4mm的厚度，沿混合料的表面水平相向交插放置预置成型的所述梳状阳极6和梳状阴极7，并使所述梳状阳极的阳极1与所述梳状阴极的阴极2相间设置，其相邻电极间的间距为10mm，其中形成所述梳状阳极的阳极及其阳极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，形成所述梳状阴极及其阴极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，所述阳极极耳和所述阴极极耳同一侧端伸出模框50mm，以便使用过程中接通电源的正负极；；
（3）所述步骤（2）完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料，所述混合料填满整个模框，以覆盖所述阳极1、所述阴极2、部分阳极极耳和部分阴极极耳；
（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
采用与实施例1相同的方法对上述包覆电极的透水材料进行测试，得到其孔径为30-50微米，孔隙率为30%。
实施例3
（1）向粒径为70-140目的覆膜石英砂中加入亲水性丙烯酸酯树脂，并搅拌均匀，然后加入甲苯二异氰酸酯，再次搅拌均匀形成粘稠的混合料备用，在本步骤中所述环氧树脂的加入量与所述覆膜石英砂加入量的质量比为1:15，所述固化剂的加入量为所述环氧树脂加入量的2wt%；
（2）将所述混合料填充于长337mm、宽236mm、高10mm模框中形成4mm的厚度，沿混合料的表面水平相向交插放置预置成型的所述梳状阳极6和梳状阴极7，并使所述梳状阳极的阳极1与所述梳状阴极的阴极2相间设置，其相邻电极间的间距为10mm，其中形成所述梳状阳极的阳极及其阳极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，形成所述梳状阴极及其阴极的极耳是长320mm直径为2mm的不锈钢棒，所述阳极极耳和所述阴极极耳同一侧端伸出模框50mm，以便使用过程中接通电源的正负极；
（3）所述步骤3完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料，所述混合料填满整个模框，以覆盖所述梳状阳极6和梳状阴极7，以覆盖所述阳极1、所述阴极2、部分阳极极耳和部分阴极极耳；
（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
采用与实施例1相同的方法对上述包覆电极的透水材料进行测试，得到其孔径为10-30微米，孔隙率为28%。
实施例4
（1）向粒径为60-90目的覆膜石英砂中加入亲水性环氧树脂和亲水性聚氨酯树酯的混合物（两种树脂质量比为1：1），并搅拌均匀，然后加入甲苯二异氰酸酯三聚体，再次搅拌均匀形成粘稠的混合料备用，在本步骤中所述环氧树脂的加入量与所述覆膜石英砂加入量的质量比为1:10，所述固化剂的加入量为所述环氧树脂加入量的1wt%；
（2）将所述混合料填充于长337mm、宽236mm、高10mm模框中形成4mm的厚度，沿混合料的表面相向交插放置预置成型的所述梳状阳极6和梳状阴极7，并使所述梳状阳极的阳极1与所述梳状阴极的阴极2相间设置，其相邻电极间的间距为10mm，其中形成所述梳状阳极的阳极及其阳极的极耳是长320mm、宽为2mm、高0.5mm的不锈钢条，形成所述梳状阴极及其阴极的极耳是长320mm、宽为2mm、高0.5mm的不锈钢条，所述不锈钢条由长和宽形成的面垂直于所述混合料的表面，所述阳极极耳和所述阴极极耳同一侧端伸出模框50mm，以便使用过程中接通电源的正负极；
（3）所述步骤（2）完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料，所述混合料填满整个模框，以覆盖所述阳极1、所述阴极2、部分阳极极耳和部分阴极极耳；
（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
采用与实施例1相同的方法对上述包覆电极的透水材料进行测试，得到其孔径为10-40微米，孔隙率为29%。
对比例1
预制与实施例1所述梳状阳极和梳状阴级相同的电极，并预制与所述电极相适配的陶瓷上面板和陶瓷下面板，其陶瓷上面板和陶瓷下面板具有与所述梳状阳极和梳状阴级形状相匹配的凹槽，将所述梳状阳极和梳状阴级放置在陶瓷上面板相应的凹槽内再利用粘结剂将陶瓷上面板与陶瓷下面板相粘结，使所述电极表面被陶瓷材料包覆，形成陶瓷电极板。
对比例2
本对比例中所述电极组与实施例1所述的组合电极组相同，其区别在于，本对比例所述电极组为裸露的电极组，其外部没有包覆任何材料。
评价例
分别采用上述实施例1-4中所述透水性电极板对某石油化工厂含油废水和某造纸厂废水进行处理，其各自的处理条件和原水水质如表1所示，不同的废水在相应条件下处理后的水质条件如表2和表3所示。
表1废水水质及电解气浮处理条件
表2经不同电极电解气浮处理某石油化工厂含油废水Ⅰ得到的处理水水质
表3经不同电极电解气浮处理某造纸厂废水Ⅱ得到的处理水水质
由表2和表3中的数据可以明显的看出，本申请所述透水性电极板与传统的裸露电极组和陶瓷电极板相比，其对废水中COD、BOD5和SS的去除率明显提高，但需要提出的是，传统的裸露电极在实际运行过程中，电解气浮工艺运行7天后，在电极表面形成黑褐色的物质，表明其电极表面出现结垢现象，此时裸露电极组的COD、BOD5和SS的去除率明显下降，其COD去除率只有40%，并且随着结垢现象的加重，其COD、BOD5、SS的去除率还会一直下降。
覆膜石英砂的制备
本发明所述覆膜石英砂的制备方法是将石英砂颗粒加热至120-180℃，向加热后的石英砂颗粒中加入熔融状态的亲水性树脂，混合混匀，使所述亲水性树脂均匀分散于所述石英砂颗粒的表面，然后冷却、破碎、筛分，得到包覆有亲水性树脂膜的覆膜石英砂，其中所述亲水性树脂为亲水性环氧树脂、亲水性聚氨酯树脂、亲水性丙烯酸酯树脂等。为便于比较本发明所述电极板的有益效果，上述实施例1-4中所用到的覆膜石英砂为亲水性聚氨酯树脂包覆的石英砂，其还可以是亲水性环氧树脂膜、亲水性丙烯酸酯树脂等各种亲水性树脂包覆的覆膜石英砂。
上述实施例1-4中所用到的覆膜石英砂的具体制备方法为：
（1）石英砂颗粒加热至120℃，（2）向加热后的石英砂颗粒中加入熔融状态的亲水性聚氨酯树脂，混合混匀，使所述亲水性聚氨酯树脂均匀分散于所述石英砂颗粒的表面，其中亲水性聚氨酯树脂的加入量占所述石英砂颗粒的2wt%，（3）冷却、破碎、筛分，得到所需粒径的覆膜石英砂。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种透水性电极板，包括
一体成型的梳状阳极（6），所述梳状阳极（6）由平行设置的若干阳极（1）和与所述若干阳极相连接的阳极极耳（3）组成；
一体成型的梳状阴极（7），所述梳状阴极（7）由平行设置的若干阴极（2）和与所述若干阴极相连接的阴极极耳（4）组成；
所述梳状阳极（6）和所述梳状阴极（7）在同一平面内相向交插设置，使所述阳极（1）与所述阴极（2）相间排列，形成组合电极组；
其特征在于，所述阳极（1）和所述阴极（2）包覆于透水材料（5）内部，所述透水材料包括固化剂、骨料和包覆骨料的亲水性粘结剂，所述骨料为粒径40-200目的覆膜石英砂。
2.根据权利要求1所述的透水性电极板，其特征在于，部分阳极极耳（3）和部分阴极极耳（4）包覆于透水材料（5）内部。
3.根据权利要求2所述的透水性电极板，其特征在于，所述亲水性粘结剂为亲水性环氧树脂、亲水性聚氨酯树脂、亲水性丙烯酸酯树脂中的一种或几种。
4.根据权利要求3所述的透水性电极板，其特征在于，所述透水性电极板的表面具有微孔，所述微孔的孔径为1-50微米。
5.根据权利要求4所述的透水性电极板，其特征在于，所述透水性电极板的表面具有微孔，所述透水性电极板的孔隙率为25%-30%。
6.根据权利要求1-5任一所述的透水性电极板，其特征在于，所述骨料和亲水性粘结剂的质量比为25:1-10:1。
7.根据权利要求6所述的透水性电极板，其特征在于，所述阳极（1）为柱状或片状和所述阴极（2）为柱状或片状。
8.根据权利要求7所述的透水性电极板，其特征在于，所述阳极（1）与相邻所述阴极（2）的间距为8-12mm。
9.一种权利要求1-8任一所述透水性电极板的制备方法，包括如下步骤：
（1）向覆膜石英砂中加入亲水粘结剂，并搅拌均匀，然后加入固化剂再次搅拌均匀形成粘稠的混合料；
（2）将所述混合料填充于模框中形成一定的厚度后，沿混合料的表面水平放置所述梳状阳极（6）和梳状阴极（7），并使所述梳状阳极的阳极（1）与所述梳状阴极的阴极（2）相间设置，且所述阳极极耳（3）和所述阴极极耳（4）的同一侧端伸出所述模框一定长度；
（3）所述步骤（2）完成后，继续向所述模框中铺设所述混合料至填满整个模框，以覆盖所述阳极（1）、阴极（2）、位于所述模框内的阳极极耳（3）和阴极极耳（4）；
（4）烘干成型，形成所述透水性电极板。
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