CN106011918A

CN106011918A - 用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽

Info

Publication number: CN106011918A
Application number: CN201610538981.4A
Authority: CN
Inventors: 王海涛; 许实; 王辉; 刘光洲; 王洪仁
Original assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Current assignee: Qingdao Sunrui Marine Environment Engineering Co Ltd
Priority date: 2016-07-11
Filing date: 2016-07-11
Publication date: 2016-10-12
Anticipated expiration: 2036-07-11
Also published as: CN106011918B

Abstract

一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，包括槽体、盖板、阴极、反向电解阳极、耐反向电解氧化物阳极和导电杆，槽体与盖板相互扣合组成壳体，在该壳体内的空腔内通过导电杆间隔安装阴极和阳极，多层耐反向电解氧化物阳极等间距设置，其平面法线水平设置；在相邻的耐反向电解氧化物阳极中间交替间隔设置多个阴极和反向电解阳极；阴极和阳极分别连接导电杆，导电杆的一端引出壳体外与电解电源和控制器连接。在海水中Mn²⁺含量在0.1～50ppm时，正向电解8～12h，反向电解10～60min，使电解效率维持在85%以上。可用于含锰海水的电解制氯防污系统，解决电解槽氧化物阳极锰污染问题。

Description

用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽

技术领域

本发明涉及一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，属于海洋环境保护装备制造领域。

背景技术

电解海水制取次氯酸钠来防止海洋生物对滨海电厂冷却管路的污损已成为国内外应用较广且有效的防污技术。根据美国大卫·泰勒海军舰船研究与发展中心的研究，当Mn²⁺含量超过0.02mg/L即可导致阳极涂层“中毒”。在通电电解时阳极表明形成不导电MnO₂沉积层，使得槽压上升，能耗增加，电流效率下降，导致阳极电流密度增大，阳极快速失效，阳极的使用寿命大大降低。

目前，对于Mn²⁺产生的氧化物阳极污染问题，主要清除方法有机械清洗法、酸洗溶解法和通反向电流法，其中机械清除法费时费力，易对涂层造成机械破损，而且费用又高；而酸洗溶解法会对电极造成腐蚀，影响电解寿命，且清洗不彻底，会在阳极上有残余，影响阳极催化活性；而通反向电流法主要有三个方面的缺点：一是在反向电解时，金属氧化物阳极作为阴极进行电解发生析氢反应，导致渗氢，造成阳极涂层的快速脱落，严重损害阳极涂层，导致阳极涂层失活，极大的降低阳极的使用寿命；二是在实际应用过程中，在反向电解时，原先做阴极的哈氏合金或者钛合金材料做阳极，会发生阳极溶解，导致阴极材料寿命大大降低；三是，在电解过程中电解电流往往较大，需要几千安培的电流，进行反向电解从工程应用中较难实现整流器的极性反转。因此，在实际工况条件下，也未见有进行反向电解除锰的工程应用实例。

发明内容

本发明提供一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，解决现有技术存在的由于氧化物阳极出现的锰中毒，造成电解槽电流效率降低，阳极寿命缩短问题。

本发明的技术方案是：一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，包括槽体、盖板、阴极、阳极和导电杆，槽体与盖板相互扣合组成壳体，在该壳体内的空腔内通过导电杆间隔安装阴极和阳极，阴极和阳极分别连接导电杆，导电杆的一端引出壳体外与电解电源和控制器连接，其特征在于，所述的阳极包括反向电解阳极和耐反向电解氧化物阳极，多层耐反向电解氧化物阳极等间距设置，其平面法线水平设置；在相邻的耐反向电解氧化物阳极中间交替间隔设置多个阴极和反向电解阳极；该阴极由哈氏合金或钛合金材料制成，该反向电解阳极采用贵金属氧化物阳极；该阴极、反向电解阳极和耐反向电解氧化物阳极分别连接不同的导电杆；在所述壳体的底部和顶部分别设有电解液入口和电解液出口。

在所述的槽体与盖板之间设有密封垫，消除了液体泄漏问题。

所述的槽体采用UPVC材料制成；盖板采用透明亚克力材料制成，便于观察壳体内的反应和确定维修、清洗时间；槽体与盖板之间用螺栓固定。

所述的耐反向电解氧化物阳极使用烧结法工艺制备，阳极组成体系由从内至外依次复合的Ti/IrO₂-Ta₂O₅/RuO₂-IrO₂-SnO₂-MoO₂组成，其中中间层为铱钽涂层，摩尔比为Ir:Ta=(4.5～7.8):(2.2～5.5)，外层涂层由RuO₂、IrO₂、MoO₂和SnO₂组成，其按原子百分比计，含量分别为Ru:10～25%，Ir:30～55%，Mo:5～10%，Sn:15～30%，金属离子总浓度为0.15～0.35mol/L，载涂量≥15g/m²；该阳极在进行正向电解时，电解效率≥90%，在进行反向电解时，能够耐反向电流的冲击，在2000A/m²的反向电流密度下，其强化寿命可达300h。

所述的耐反向电解氧化物阳极采用网状结构，以减少电解液阻力。

所述的电解电源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器电源功率是大功率整流器电源的0.5%～1%，二者的输出端由所述的控制器自动转换，转换方法是：当进行正向电解时，该大功率整流器正极和负极分别连接耐反向电解氧化物阳极的导电杆和阴极的导电杆，耐反向电解氧化物阳极发生析氯反应，阴极发生析氢反应，进行正常电解制氯；当海水中检测到Mn²⁺，其浓度超过0.1ppm，电流效率发生明显下降，停止正向电解，使用小功率整流器，其正极和负极分别连接反向电解除锰的阳极的导电杆和耐反向电解氧化物阳极的导电杆，此时用于反向电解除锰的阳极发生析氯反应，而耐反向电解的阳极作为负极，进行析氢反应和锰还原反应，而此工况下，阴极不工作，避免溶解消耗。

当海水中Mn²⁺含量在0.1～50ppm时，电解槽每正向电解8～12h，需反向电解10～60min，即可恢复电解槽电解效率；反向电解时，耐反向电解阳极的电流密度为1～100A/m²，可根据实际锰含量的多少，在以上电流密度、电解时间区间进行调整；正向和反向电解的切换通过控制器的软件程序自动控制实现。

本发明的优点是：（1）使用氧化物阳极材料作为反向电解的阳极，可避免在反向电解时，阴极材料哈氏合金和钛合金的溶解消耗；

（2）采用两个整流器，一个大功率用于正向电解制氯，不影响正常工作；另一个是小功率电源，用于反向电解除锰，避免采用一个整流器而导致的电源的极性反转，通过程序控制，易于实现自动切换，便于操作，安全可靠；

（3）采用Ti/IrO₂-Ta₂O₅/RuO₂-IrO₂-SnO₂-MoO₂阳极材料，提高了阳极耐氢蚀的性能，避免因渗氢导致氧化物涂层的过快脱落，延长了整个电解槽的使用寿命；

（4）采用密封圈密封，密封效果好，避免泄露；

（5）在海水中Mn²⁺含量在0.1～50ppm时，正向电解8～12h，反向电解10～60min，即可恢复电解槽电解效率，使电解效率维持在85%以上。

附图说明

图1是本发明实施例的总体剖视结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图。

图3是图1的B-B剖视图。

具体实施方式

参见图1～图3，本发明一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，包括槽体9、盖板10、阴极1、阳极和导电杆，槽体9与盖板10相互扣合组成壳体，在该壳体内的空腔内通过导电杆间隔安装阴极1和阳极，阴极1和阳极分别连接导电杆，导电杆的一端引出壳体外与电解电源和控制器连接，其特征在于，所述的阳极包括反向电解阳极2和耐反向电解氧化物阳极3，多层耐反向电解氧化物阳极3等间距设置，其平面法线水平设置；在相邻的耐反向电解氧化物阳极3中间交替间隔设置多个阴极1和反向电解阳极2；该阴极1由哈氏合金或钛合金材料制成，该反向电解阳极2采用贵金属氧化物阳极；该阴极1、反向电解阳极2和耐反向电解氧化物阳极3分别连接不同的导电杆4-6；在所述壳体的底部和顶部分别设有电解液入口7和电解液出口8。

在所述的槽体9与盖板10之间设有密封垫11，消除了液体泄漏问题。

所述的槽体9采用UPVC材料制成；盖板10采用透明亚克力材料制成，便于观察壳体内的反应和确定维修、清洗时间；槽体9与盖板10之间用螺栓固定。

所述的耐反向电解阳极使用烧结法工艺制备，阳极组成体系由Ti/IrO₂-Ta₂O₅/RuO₂-IrO₂-SnO₂- MoO₂，其中中间层为铱钽涂层，摩尔比为Ir:Ta=(4.5～7.8):(2.2～5.5)，外层涂层由RuO₂、IrO₂、MoO₂和SnO₂组成，其按原子百分比计，含量分别为Ru:10～25%，Ir:30～55%，Mo:5～10%，Sn:15～30%，阳极的金属离子总浓度为0.15～0.35mol/L，载涂量≥15g/m²。该阳极在进行正向电解时，电解效率≥90%，在进行反向电解时，可以耐反向电流的冲击，在2000A/m²的反向电流密度下，其寿命可达300h。

所述的耐反向电解氧化物阳极3采用网状结构，以减少电解液阻力。

所述的电解电源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器电源功率是大功率整流器电源的0.5%～1%，二者的输出端由所述的控制器自动转换，转换方法是：当进行正向电解时，该大功率整流器正极和负极分别连接耐反向电解氧化物阳极3的导电杆6和阴极1的导电杆4，耐反向电解氧化物阳极3发生析氯反应，阴极1发生析氢反应，进行正常电解制氯；当海水中检测到Mn²⁺，其浓度超过0.1ppm，电流效率发生明显下降，停止正向电解；控制器转换到小功率整流器，其正极和负极分别连接反向电解除锰的阳极2的导电杆5和耐反向电解氧化物阳极3的导电杆6，此时用于反向电解除锰的阳极2发生析氯反应，而耐反向电解的阳极3作为负极，进行析氢反应和锰还原反应，而此工况下，阴极1的哈氏合金或者钛合金不工作，避免溶解消耗。

当海水中Mn²⁺含量在0.1～50ppm时，电解槽每正向电解8～12h，需反向电解10～60min，即可恢复电解槽电解效率.反向电解时，耐反向电解阳极3的电流密度为1～100A/m²，可根据实际锰含量的多少，在以上电流密度、电解时间区间进行调整。正向和反向电解的切换通过控制器的软件程序自动控制实现。

本发明的壳体空腔长方向上下设置，内部的电解电极的平面也上下设置，海水从下部的电解液入口7进入、并从上部的电解液出口8一次性自下而上高速流过，电解产生的氢气能顺着水流顺利排出，不会在槽内积存。钙镁沉淀物在高流速下减缓了在阴极1上的积存。该结构设计具备高的安全性和稳定性。

槽体9采用UPVC材料，盖板10为透明亚克力材料制成，便于观察电解槽内的反应和确定维修、清洗时间；UPVC槽体9和透明亚克力盖板10之间有密封垫11密封，并由螺栓固定把牢。

Claims

1.一种用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，包括槽体9、盖板10、阴极1、阳极和导电杆，槽体9与盖板10相互扣合组成壳体，在该壳体内的空腔内通过导电杆间隔安装阴极1和阳极，阴极1和阳极分别连接导电杆，导电杆的一端引出壳体外与电解电源和控制器连接，其特征在于，所述的阳极包括反向电解阳极2和耐反向电解氧化物阳极3，多层耐反向电解氧化物阳极3等间距设置，其平面法线水平设置；在相邻的耐反向电解氧化物阳极3中间交替间隔设置多个阴极1和反向电解阳极2；该阴极1由哈氏合金或钛合金材料制成，该反向电解阳极2采用贵金属氧化物阳极；该阴极1、反向电解阳极2和耐反向电解氧化物阳极3分别连接不同的导电杆4-6；在所述壳体的底部和顶部分别设有电解液入口7和电解液出口8。

2.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，在所述的槽体9与盖板10之间设有密封垫11，消除了液体泄漏问题。

3.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，所述的槽体9采用UPVC材料制成；盖板10采用透明亚克力材料制成，便于观察壳体内的反应和确定维修、清洗时间；槽体9与盖板10之间用螺栓固定。

4.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，所述的耐反向电解氧化物阳极3使用烧结法工艺制备，阳极组成体系由从内至外依次复合的Ti/IrO₂-Ta₂O₅/RuO₂-IrO₂-SnO₂-MoO₂组成，其中中间层为铱钽涂层，摩尔比为Ir:Ta=(4.5～7.8):(2.2～5.5)，外层涂层由RuO₂、IrO₂、MoO₂和SnO₂组成，其按原子百分比计，含量分别为Ru:10～25%，Ir:30～55%，Mo:5～10%，Sn:15～30%，金属离子总浓度为0.15～0.35mol/L，载涂量≥15g/m²；该阳极在进行正向电解时，电解效率≥90%，在进行反向电解时，能够耐反向电流的冲击，在2000A/m²的反向电流密度下，其强化寿命可达300h。

5.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，所述的耐反向电解氧化物阳极3采用网状结构，以减少电解液阻力。

6.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，所述的电解电源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器电源功率是大功率整流器电源的0.5%～1%，二者的输出端由所述的控制器自动转换，转换方法是：当进行正向电解时，该大功率整流器正极和负极分别连接耐反向电解氧化物阳极3的导电杆6和阴极1的导电杆4，耐反向电解氧化物阳极3发生析氯反应，阴极1发生析氢反应，进行正常电解制氯；当海水中检测到Mn²⁺，其浓度超过0.1ppm，电流效率发生明显下降，停止正向电解，使用小功率整流器，其正极和负极分别连接反向电解除锰的阳极2的导电杆5和耐反向电解氧化物阳极3的导电杆6，此时用于反向电解除锰的阳极2发生析氯反应，而耐反向电解的阳极3作为负极，进行析氢反应和锰还原反应，而此工况下，阴极1不工作，避免溶解消耗。

7.根据权利要求1所述的用于抗锰污染的电解海水制氯电解槽，其特征在于，当海水中Mn²⁺含量在0.1～50ppm时，电解槽每正向电解8～12h，需反向电解10～60min，即可恢复电解槽电解效率；反向电解时，耐反向电解阳极3的电流密度为1～100A/m²，可根据实际锰含量的多少，在以上电流密度、电解时间区间进行调整；正向和反向电解的切换通过控制器的软件程序自动控制实现。