CN112281179A - 一种超高压次氯酸钠发生器及氯酸钠的制备方法 - Google Patents
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Abstract
一种超高压次氯酸钠发生器及氯酸钠的制备方法，包括带进水口和出水口的壳体，壳体中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板和阳极板，阴极压板和阳极板均带有中心孔，中心轴穿过中心孔将阴极压板和阳极板定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，浓盐水由进水口进入，依次在各阴极压板和阳极板之间折返流动形成通路，并从出水口流出。本发明利用碟盘式设计增加反应传质效率及反应路径，提高次氯酸钠生产的反应效率；电极采用阴极和阳极交错叠压方式，增强反应效率；反应器外壳与内部电极采用高压密封方式，可以有效提高氯气的溶解率，从而避免氯气泄漏。该方法有良好的次氯酸钠生产能力，可以显著提高水中次氯酸钠的浓度。
Description
技术领域
本发明涉及水处理技术领域，特别涉及一种超高压次氯酸钠发生器及氯酸钠的制备方法。
背景技术
次氯酸钠消毒技术是一种常规高效的饮用水和工业废水消毒技术，具有广阔的应用市场。电解法制备次氯酸钠是应用最为广泛的一种在线次氯酸钠生产技术，通过电解作用，可以由食盐溶液直接制备次氯酸钠.具体反应如下：
2NaCl+2H2O→2NaOH+Cl2+H2
生产出的氯(Cl2)会主即与生成的氢氧化钠溶液(NaOH)反应，生成次氯酸钠溶液(NaClO)：
Cl2+2NaOH→NaCl+NaClO+H2O
然而现有的电解法次氯酸钠发生器主要是槽式电解器和管式电解器，其特征是将组装好的阳极和阴极板密封于电解槽或管式电解器中，并配有盐水箱、电解电源、控制系统和抽吸系统等，形成次氯酸钠发生器。但是，电解生产次氯酸钠的过程中，会产生大量氯气和氢气，电解槽和管式电解器通常采用气体流通管将氯气倒入发生器中，密封性较差，容易产生氯气泄漏，造成污染和人员伤害的可能，同时氯气和氢气长期积聚在反应器中有爆炸的风险。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种超高压次氯酸钠发生器及氯酸钠的制备方法，可以显著提高水中次氯酸钠的浓度。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：
一种超高压次氯酸钠发生器，包括带进水口12和出水口11的壳体7，壳体7内部设置有多个依次间隔叠放的阴极压板8和阳极板9，阴极压板8和阳极板9的中心位置均带有中心孔，中心孔上穿过有中心轴16，中心轴16将阴极压板8和阳极板9定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，所述的壳体7下方两侧分别设置有进水口12和出水口11，进水口12和出水口11分别用于食盐水进入和流出，食盐水依次在各阴极压板8和阳极板9之间折返流动形成通路，并从出水口11流出。
所述阴极压板8的外径大于阳极板9的外径，阴极压板8上设有流通孔道。
所述的相邻的各个阴极压板8的外边沿之间封闭，各个阳极板9分别位于相邻阴极压板8之间的封闭空间内。
所述阴极压板8的外径小于阳极板9的外径，阳极板9上设有流通孔道。
所述的相邻的各个阳极板9的外边沿之间封闭，各个阴极压板8分别位于相邻阳极板9之间的封闭空间内。
所述中心轴16为导体，位于壳体7中的部分套有绝缘垫圈14，阳极板9穿过绝缘垫圈14与中心轴16连接，形成阳极导电回路；阴极压板8位于绝缘垫圈14之外，所述壳体7中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓13的端封头5，阴极压板8与阴极压线螺栓13连接，形成阴极导电回路。
所述绝缘垫圈14与中心轴16之间设置有导电垫圈15，所述阳极板9穿过绝缘垫圈14与导电垫圈15，形成阳极导电回路。
所述中心轴16的一端安装有封装螺母1，封装螺母1与中心轴16之间设置有阳极压线垫圈2，所述中心轴16位于壳体7外的部分套有绝缘套3和绝缘垫圈4，绝缘垫圈4位于绝缘套3和导电垫圈15之间。
所述绝缘垫圈14外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二10，所述端封头5与壳体7内壁之间有密封圈一6，密封圈一6位于壳体7内壁的一圈凸起上，所述密封圈二10材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟，所述绝缘垫圈14材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；所述导电垫圈15材质为铜、不锈钢、铝或钛，所述密封圈一6材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟。
所述阴极压板8为不锈钢、铝或钛，所述阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极，所述阳极板9为无孔板阳极或多孔板阳极。
所述的反应器壳体7外壳与内部电极采用高压密封方式。
一种超高压次氯酸钠的制备方法，包括以下步骤；
a、外加电源通过阳极压线垫圈2作用于阳极板9，阴极压线螺栓13作用于阴极压板8；
b、用盐水泵将1-10％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.1-0.5m/s，流体经阴极压板8中心孔周围的孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为1-10.0V，电流密度为5-60mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
本发明的有益效果：
(1)利用碟盘式结构增加单位体积内的电极装填面积。
(2)显著降低电极间的排布间距，增加反应传质效率及反应路径，提高电解生产次氯酸钠的反应效率。
(3)电催化阳极板和阴极压板交错排列于超高压次氯酸钠发生器壳体内部，形成折回流，增加反应时间。电极采用阳极板和阴极压板碟盘排列方式，增加了电极放置密度，从而增强反应效率，利于实现高效率、高浓度次氯酸钠的生产。
(4)反应器外壳于内部电极采用高压密封方式，可以有效提高氯气的溶解率，从而避免氯气泄漏。
附图说明
图1为本发明所述装置结构示意图。
图2为本发明所述装置的阴极压板的俯视图。
图3为本发明所述装置的阴极压板的剖视图。
图4为本发明所述装置的阳极板的俯视图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步详细说明。
如图1所示，一种超高压次氯酸钠发生器，包括带进水口12和出水口11的壳体7，壳体7中设置有多个依次间隔叠放的阴极压板8和阳极板9，阴极压板8和阳极板9均带有中心孔，中心轴16穿过中心孔将阴极压板8和阳极板9定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔。
参考图2、图3和图4，阴极压板8的外径大于阳极板9的外径，阴极压板8上在中心孔外设有若干流通孔道，相邻的各个阴极压板8的外边沿之间封闭，各个的阳极板9分别位于相邻阴极压板8之间的封闭空间内。
食盐水由进水口12进入，依次经最上层的阳极板9的边沿和阴极压板8上的流通孔道折返流动形成通路，并从壳体7的下方的出水口11流出。
或者，阴极压板8的外径小于阳极板9的外径，阳极板9上设有流通孔道，相邻的各个阳极板9的外边沿之间封闭，各个的阴极压板8分别位于相邻阳极板9之间的封闭空间内。
食盐水由进水口12进入，依次经最上层的阴极压板8的边沿和阳极板9上的流通孔道折返流动形成通路，并从壳体7的下方的出水口11流出。
本发明中，中心轴16为导体，其位于壳体7中的部分套有绝缘垫圈14，绝缘垫圈14外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二10，阳极板9穿过密封圈二10和绝缘垫圈14与中心轴16连接，形成阳极导电回路；阴极压板8位于绝缘垫圈14之外，壳体7中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓13的端封头5，端封头5与壳体7内壁之间有密封圈一6，密封圈一6位于壳体7内壁的一圈凸起上，阴极压板8与阴极压线螺栓13连接，形成阴极导电回路。
进一步地，可在绝缘垫圈14与中心轴16之间设置导电垫圈15，由阳极板9穿过绝缘垫圈14与导电垫圈15，形成阳极导电回路。
中心轴16的一端安装有封装螺母1，封装螺母1与中心轴16之间设置有阳极压线垫圈2，中心轴16位于壳体7外的部分套有绝缘套3和绝缘垫圈4，绝缘垫圈4位于绝缘套3和导电垫圈15之间。
本发明中，阴极压板8和阳极板9的位置可以互换，相应的阴阳极配件角色也发生变化。
本发明中，密封圈二10材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟，绝缘垫圈14材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；导电垫圈15材质为铜、不锈钢、铝或钛，密封圈一6材质为PVC、塑料、硅橡胶、四氟。阴极压板8为不锈钢、铝或钛，阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极，阳极板9为无孔板阳极或多孔板阳极。
反应器外壳于内部电极采用高压密封方式。
本发明利用碟盘式设计增加反应传质效率及反应路径，提高次氯酸钠生产的反应效率；电极采用阴极和阳极交错叠压方式，增加了电极放置密度，从而增强反应效率；反应器外壳于内部电极采用高压密封方式，可以有效提高氯气的溶解率，从而避免氯气泄漏。经电解食盐水生产次氯酸钠的结果表明：该方法有良好的次氯酸钠生产能力，可以显著提高水中次氯酸钠的浓度。
本发明整个反应装置由封装螺母1压紧封装，形成密闭系统，具体操作按下列步骤进行：
a、外加电源通过阳极压线垫圈2作用于阳极板9，阴极压线螺栓13作用于阴极压板8；
b、用盐水泵将1-10％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.1-0.5m/s，流体经阴极压板8)中心孔周围的孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为1-10.0V，电流密度为5-60mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
以下是几个具体的实施例。
实施例1
氧化钌涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器生产次氯酸钠：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化钌涂覆钛阳极板；
b、用盐水泵将3.5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.1m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为5.0V，电流密度为10mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水次氯酸钠溶液有效氯浓度指标。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为10g/L。
实施例2
氧化铅涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器生产次氯酸钠：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化铅涂覆钛阳极板；
b、用盐水泵将5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.2m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为6.0V，电流密度为20mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水次氯酸钠溶液有效氯浓度指标。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为15g/L。
实施例3
锑-锡氧化物涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器生产次氯酸钠：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为锑-锡氧化物涂覆钛阳极板；
b、用盐水泵将3.5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.3m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为5.0V，电流密度为10mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水次氯酸钠溶液有效氯浓度指标。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为10g/L。
实施例4
氧化铱涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器生产次氯酸钠：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为氧化铱涂覆钛阳极板；
b、用盐水泵将3.5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.5m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为8.0V，电流密度为30mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水次氯酸钠溶液有效氯浓度指标。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为20g/L。
实施例5
铂涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器生产次氯酸钠：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为铂涂覆钛阳极板；
b、用盐水泵将3.5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.5m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为6.0V，电流密度为20mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11中取样，检测出水次氯酸钠溶液有效氯浓度指标。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为20g/L。
实施例6
铂铱钌复合氧化物涂覆钛阳极超高压次氯酸钠发生器处理含盐工业废水：
a、阴极压板8为不锈钢阴极压板，阳极板9为铂铱钌复合氧化物涂覆多孔钛阳极板；
b、用盐水泵将3.5％质量浓度的食盐水从进水口12打入，流速为0.3m/s，流体经阴极压板8中心孔周围孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为6.0V，电流密度为20mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口11取样，出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为20g/L。
出水次氯酸钠溶液有效氯浓度为20g/L。
本发明所述的技术方案，存在多种技术启示，其可替换方案的理论依据有：
本发明所给出的实施例中使用的阳极板9为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物、或铂涂覆的钛电极，阴极压板8的材质为钛、不锈钢、铝，由此推断：当阳极板9采用其他类型电极(如碳布、碳纤维、石墨电极等)，阴极压板8采用其他类型电极(如采用碳布、碳纤维、石墨电极等)，也能实现本发明的技术效果。
本发明所给出的实施例中的碟盘式电极组装方式是一种电极排布的改进方式，本领域技术人员可以根据本发明实施案例所提供的技术方案，得到技术启示，通过改变碟盘式器结构和运行方式，从而实现本发明的技术效果。
本发明所述的方法中，阳极板8和阴极压板9采用的是交错叠压方式，本领域技术人员可以根据本发明所提供的技术方案，得到技术启示，采用不同的排布方法，达到同样的技术效果。
Claims (10)
1.一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，包括带进水口(12)和出水口(11)的壳体(7)，壳体(7)内部设置有多个依次间隔叠放的阴极压板(8)和阳极板(9)，阴极压板(8)和阳极板(9)的中心位置均带有中心孔，中心孔上穿过有中心轴(16)，中心轴(16)将阴极压板(8)和阳极板(9)定位压紧形成碟盘式结构且在中心孔位置阻隔将二者阻隔，所述的壳体(7)下方两侧分别设置有进水口(12)和出水口(11)，进水口(12)和出水口(11)分别用于食盐水进入和流出，食盐水依次在各阴极压板(8)和阳极板(9)之间折返流动形成通路，并从出水口(11)流出。
2.根据权利要求1所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述阴极压板(8)的外径大于阳极板(9)的外径，阴极压板(8)上设有流通孔道。
3.根据权利要求2所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述的相邻的各个阴极压板(8)的外边沿之间封闭，各个阳极板(9)分别位于相邻阴极压板(8)之间的封闭空间内。
4.根据权利要求1所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述阴极压板(8)的外径小于阳极板(9)的外径，阳极板(9)上设有流通孔道。
5.根据权利要求4所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述的相邻的各个阳极板(9)的外边沿之间封闭，各个阴极压板(8)分别位于相邻阳极板(9)之间的封闭空间内。
6.根据权利要求1所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述中心轴(16)为导体，位于壳体(7)中的部分套有绝缘垫圈(14)，阳极板(9)穿过绝缘垫圈(14)与中心轴(16)连接，形成阳极导电回路；阴极压板(8)位于绝缘垫圈(14)之外，所述壳体(7)中位于碟盘式结构的两端设置有带阴极压线螺栓(13)的端封头(5)，阴极压板(8)与阴极压线螺栓(13)连接，形成阴极导电回路。
7.根据权利要求6所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述绝缘垫圈(14)与中心轴(16)之间设置有导电垫圈(15)，所述阳极板(9)穿过绝缘垫圈(14)与导电垫圈(15)，形成阳极导电回路。
8.根据权利要求6所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述中心轴(16)的一端安装有封装螺母(1)，封装螺母(1)与中心轴(16)之间设置有阳极压线垫圈(2)，所述中心轴(16)位于壳体(7)外的部分套有绝缘套(3)和绝缘垫圈(4)，绝缘垫圈(4)位于绝缘套(3)和导电垫圈(15)之间；
所述绝缘垫圈(14)外对应碟盘式结构的部分设置有密封圈二(10)，所述端封头(5)与壳体(7)内壁之间有密封圈一(6)，密封圈一(6)位于壳体(7)内壁的一圈凸起上，所述密封圈二(10)材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟，所述绝缘垫圈(14)材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；所述导电垫圈(15)材质为铜、不锈钢、铝或钛，所述密封圈一(6)材质为PVC、塑料、硅橡胶或四氟；
所述阴极压板(8)为不锈钢、铝或钛，所述阳极板(9)为氧化铱、氧化钌、铱钌合金氧化物、铂铱钌合金氧化物、氧化铅、锑-锡氧化物或铂涂覆的钛电极，所述阳极板(9)为无孔板阳极或多孔板阳极。
9.根据权利要求1所述的一种超高压次氯酸钠发生器，其特征在于，所述的反应器壳体(7)外壳与内部电极采用高压密封方式。
10.基于权利要求1所述发生器的一种超高压次氯酸钠的制备方法，包括以下步骤；
a、外加电源通过阳极压线垫圈(2)作用于阳极板(9)，阴极压线螺栓(13)作用于阴极压板(8)；
b、用盐水泵将1-10％质量浓度的食盐水从进水口(12)打入，流速为0.1-0.5m/s，流体经阴极压板(8)中心孔周围的孔道形成折回流；
c、调节外加电场电压为1-10.0V，电流密度为5-60mA/cm2；
d、稳定运行1h后，从出水口(11)中取样，检测出水色度、氨氮、COD指标。
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| CN202010671214.7A CN112281179A (zh) | 2020-07-13 | 2020-07-13 | 一种超高压次氯酸钠发生器及氯酸钠的制备方法 |
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- 2020-07-13 CN CN202010671214.7A patent/CN112281179A/zh active Pending
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