CN1858305A - 海洋船舶除生物污染的电化学方法 - Google Patents

Abstract

一种用于海洋船舶除生物污染的电化学方法，它以船体为阴极，以金属钛或柔性石墨棒材或板材为阳极，阴阳两极较为接近，如0.3～10厘米，利用脉冲电源在两极之间施以脉冲电流，以击落吸附于船体表面的小生物如海蛎子，达到海洋船舶除生物污染。本发明的方法，设备简单，操作简便，使脉冲电流电力线集中在舰船局部，起到高效率、低能耗的效果。本发明的方法能长期使用、无环境危害，实现对受海洋生物污损的舰船进行现场的经济的快速清除。

Description

海洋船舶除生物污染的电化学方法

技术领域

本发明属于海洋船舶除生物污染的电化学方法。

背景技术

海洋船舶长期浸泡在海水中，受到海洋生物的附着而产生污损，给船舶带来极大的危害。它一方面会增加船体自重和船体摩擦阻力，从而降低海洋船舶性能，增加燃料消耗；另一方面会加速船体腐蚀，缩短船舶使用寿命(马士德等.舰船的生物附着与腐蚀调查.海洋学报，1996；1：80)。海洋船舶航行的摩擦阻力80％来自于表面，而海洋生物污损所造成的高粗糙度是其中的主要因素。据统计，海洋生物污损为5％时的阻力就相当于洁净表面的2倍，燃料消耗增加10％。另外，当海洋生物附着在船底时，会随着这些污损生物的生长而发生一系列复杂的物理化学变化，大大加速了船底钢板的腐蚀。因此，由于海洋生物污损引起的腐蚀破坏需花大量人力进行频繁的周期性维护，造成巨大的经济损失。所以，开发新型、高效、经济的海洋无污染防污技术，对提高船舶使用寿命，节省开支等方面具有很大的现实意义。

目前对于解决海洋生物污损问题，主要还是在船体上涂覆各种防污涂料，这是最常用的也是效果最明显的方法，此外还有一些新发展起来的生物化学方法。

一、从20世纪40年代开发防污涂料以来，一定程度上解决了海洋生物附着的问题。70年代以后，随着汞、砷等防污剂的禁用，有机锡化合物成为代表性的防污剂。使用涂料主要有以下几种：

1、传统防污涂料，早期解决海洋生物污损问题，广泛采用的是毒料渗出型防污涂料，如氧化亚铜防污涂料、有机锡自抛光型防污涂料，但由于铜元素会在海洋中，特别是海港中大量积聚，导致海藻的大量死亡，从而破坏生态平衡，因此最终将被禁用。有机锡在鱼类、贝类体内会积累，导致遗传变异，所以80年代末各国纷纷立法，禁用或限用有机锡防污涂料(颜东洲，贾成功.防污涂料的应用和技术进展.化工科技市场，2002；12：21)。国际海事组织(IMO)提出，到2008年全面禁止在防污涂料中使用有机锡。

2、现代新型防污涂料，如：无机锡类自抛光防污涂料(国际油漆公司的无锡防污漆产品.国际船艇，2002；1：37)，属于低表面能防污涂料。试验表明，生物污损与表面能有很大的关系，表面能在20-25mJ/m2范围内，材料不易产生污损。

3、仿生防污涂料，是一种全新的防污概念，它是从生物附着机理出发，寻找防污高分子材料，对一些生物的表皮状态进行模仿，赋予涂层以特殊的表面性能，如低表面能、微相分离等，使海洋生物不易附着或者附着不牢(美研制出新型舰船防污涂料.航海，2003；4：43)。

4、导电防污涂料，如用导电聚苯胺加入一定的填料和助剂作为导电防污涂料，在电解海水时会产生次氯酸，对海生物有杀伤作用(孙祖信.聚苯胺及其防污材料.舰船科学技术，1997；3：63)。

5、可溶性硅酸盐为防污剂的防污涂料，海洋污损生物的适宜生长环境是pH值为7.5～8.0的微碱性海水，强碱或强酸性的环境均不易生存(王华进，王贤明，管朝祥，刘登良.海洋防污涂料的发展.涂料工业，2000；3：35)。

6、合金涂层，这种方法是在船底部涂敷可使加工面成为砂纸状的特殊涂料，使镀上的铜镍合金牢固附着在船底钢板表面上(曾晓燕，陈全权.交通部上海船舶运输科学研究所学报.1997，20(1)：47)。但是，基于纳米陶瓷材料的设计制造工艺复杂，成本较高，目前国内对这种技术的研究工作还未见报道。以上这些新技术还远未达到成熟地步，主要存在的问题是：原料的合成有一定的困难，有些技术还处于研制阶段，船体表面积巨大，需要量多，涂覆后的有效周期也比较短，需要反复多次涂覆，增加相关费用。而且实现这种防污，都要将船只停靠在船圬进行，影响船只的航行使用。

二、生物化学方法：

生活在海洋中的生物大多具有抵制附着海生物的能力，有的是海洋生物表皮能分泌出特殊的黏液，形成亲水低表面能表面，使海生物难以附着；有的可以分泌出一种酶，这种酶能抑制附着生物产生的生物胶的凝固，从而防止生物附着；具有微相分离结构的涂层同样也是理想的抗污损材料，生物很难附着，即使附着也易清洗。这种方法应用于船舶防污剂上，对环境具有很大的意义，它主要靠从海洋生物中提取天然防污性物质，因此需要对海洋生物的防污机理有清楚的认识，但是从海洋生物中提取相应的活性物质有一定的困难。

综上所述，各种技术方法具有复杂性及短的时效性。因此开发一种长期有效、操作简便、实用易行、可随时在现场作业的海洋船舶除污的绿色新方法是解决海洋船舶维修保障问题的当务之急。

发明内容

本发明的目的是提供一种海洋船舶除生物污染的电化学方法。用操作简单、能长期使用、无环境危害的电化学阴极脉冲技术，实现对受海洋生物污损的舰船进行现场的经济的快速清除。

在该技术中，阴极即为已污损的船体即需维修的旧船或者表面包覆导电聚合物的船体包括新船，阳极采用化学性质和电化学性质均稳定的不溶性材料，如覆铂钛合金，或者石墨材料。而后采取绕舰船移动扫描电解的方式，利用这种技术，可以产生瞬间高电流，使其超过海洋生物对电击的承受力，从而达到去除海洋污损的目的。另外，阴极产生的瞬间高压气体也有助于海洋生物的剥离。与阳极电解产生次氯酸法(是以船体为阳极，对船体的绝缘程度要求很高，一旦出现露点，则极易形成阳极腐蚀(点蚀)，加速对船体造成损害)相比，使用阴极电解对于已经污损严重的舰船不仅无损害，还可以起到一定的阴极保护作用。

采用电化学的方法即脉冲放电技术方法，脉冲放电技术示意图如图1。

根据Ia＝IpTp/(T+Tp)，可以实现幅值Ip极大化，瞬时时间Tp很小，间歇时间T较长，平均电流Ia较低。从而使瞬时电流密度达到极大，主要集中在临近表面积有限的阳极近船体水下的长方形局部(阴极)，所产生大电流对直线距离最近的附着海生物进行电击。阳极绕船体扫描一周，完成生物污损的去除。本发明的方法具体表述如下：

本发明的一种用于海洋船舶除生物污染的电化学方法，它以船体为阴极，以金属钛或柔性石墨棒材或板材为阳极，阳极外层包覆一层绝缘塑料，绝缘塑料一面有很多通孔并且通过这些孔可达到阳极导电体表面，操作时有孔的绝缘塑料一面靠近船体，阴阳两极的距离为0.3～10厘米，利用脉冲电源在两极之间施以脉冲电流，以击落吸附于船体表面的小生物，达到海洋船舶除生物污染。

本发明的脉冲电源，根据使用场合可以有不同的选择，如：峰值电流为0.1～1000A，相应阳极的大小也不同，如：棒材直径2～70mm，用的阳极板的面积在0.05～1平方米之间，厚度在1～10mm之间。一般的规则是：阳极越大，可施加的脉冲电流也越大。阳极的包覆材料可以为通用的绝缘塑料，如：聚氯乙烯，聚乙烯，聚丙烯，EVA，尼龙等，或者为通用的橡胶材料，如：丁苯橡胶，丁晴橡胶等；阳极的包覆绝缘材料一面有很多通孔，并且通过这些孔可达到阳极导电体表面，操作时有孔的绝缘塑料一面靠近船体，每个孔的面积为2～400mm2，孔的间隔为10～40mm。

当以船体为阴极，以金属或石墨棒材为阳极，阴阳两极较为接近(如0.3～10厘米)时，在两极之间施以脉冲电流，根据脉冲电压的大小，主要反应是：阴极析氢，阳极析氯或氯与氧的混合物，氯气随后将与海水作用生成次氯酸。当脉冲电流接触到海洋附着物(如海蛎子)时，使其受到电击，就会脱离船体。

本发明所涉及的设备及器件主要是：1、脉冲电源，能给出可调的脉冲电流或脉冲电压；2、阳极，其主体材料为金属钛或柔性石墨，其形状可为棒或板，或与船体外型相匹配的曲线状。主体材料表面包覆一层绝缘塑料，绝缘塑料上有很多孔，主体材料可以通过这些孔与海水接触，放电电流也通过这些孔释放。3、操作杆，操作杆主要方便工人施工，操作杆一头与主体材料连接，电源线也绑定在操作杆上，操作杆可以由人工控制或者机械控制。结构示意图见图2。

本发明的方法，设备简单，步骤简便易行，使脉冲电流电力线集中在舰船局部，起到高效率、低能耗的效果。例如：以普通直流电施加于阴阳两极，设电流大小为10安培，时间为10秒，时间需用手动控制，消耗的电量为100安培秒。而用脉冲电流，电流峰值为20安培，持续时间为1秒，间隔时间为4秒，运行两个脉冲，总时间为10秒，消耗的电量为40安培秒，仅为前者的40％，而电流峰值高，电击强度也就更大，通过设计更为合理的峰值电流、持续时间、间隔时间，可以获得更好的除污效果。

附图说明：

图1为本发明采用电化学的方法即脉冲放电示意图。

图2为本发明的方法的操作示意图，图中1为脉冲电源，2为阳极，3表示操作时阳极运行路线，4是阴极，其为船体外壳。

图3为实施例1的示意图，1是脉冲电源，2是阳极，4是阴极即船体外壳，5为操作杆，6表示电源输入，7表示脉冲电流输出。

图4为实施例1阳极棒示意图，8为连接杆，9为包覆材料上的孔，10为阳极导电体，11为包覆材料。

具体实施方式：

实施例1：如图4所示阳极棒，按图3所示与脉冲电源连接，阳极2中导电体选用柔性石墨棒材，其尺寸为：直径20mm，长500mm，导电体表面包覆一层绝缘塑料，选用聚乙烯，塑料包覆层11的厚度为1mm，绝缘塑料上有很多孔9，为1mm×2mm的长方孔，间隔为10mm，分布在电极体的一侧，导电体可以通过这些孔与海水接触，放电电流也通过这些孔释放，操作杆5一头与导电体10通过连接杆8连接，连接杆固定在操作杆5上，或者就是操作杆的一部分。操作杆可以由人工控制或者机械控制。

脉冲电流通过连接杆8到达导电体10，通过塑料包覆层11上的孔9释放，连接杆的外边也包覆一层绝缘塑料，使阳极棒的有孔一面接触已吸附海蛎子的导电船体外壳4，阴极与船体相连，并施加峰值为3A的脉冲电流，持续时间为4秒，可以看到海蛎子被击落，并有气体产生，达到对海洋船舶除生物污染。

实施例2、将实施例1中的导电体换成面积为1平方米、厚为4mm的方形钛板，同样包覆一层绝缘塑料(聚氯乙烯)，厚为2mm，朝向船体一侧的塑料上均匀分布直径为1cm，间隔为4cm的孔，通过孔可以看到钛板。板的另一侧中央与连接杆焊接一起，此阳极板的有孔一面接触已吸附海蛎子的严重污损船体表面，阴极与船体相连，并施加峰值为100A的脉冲电流，持续时间为1秒，间隔时间为5秒，同样可以看到海蛎子被击落，并有气体产生，达到对海洋船舶除生物污染。

Claims (9)

1、一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，它以船体为阴极，以金属钛或柔性石墨棒材或板材为阳极，阳极外层包覆一层绝缘塑料，绝缘塑料一面有很多通孔并且通过这些孔可达到阳极导电体表面，操作时有孔的绝缘塑料一面靠近船体，阴阳两极的距离为0.3～10厘米，利用脉冲电源在两极之间施以脉冲电流，以击落吸附于船体表面的小生物，达到海洋船舶除生物污染。

2、如权利要求1所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的阳极外层包覆一层绝缘塑料可以是聚氯乙烯，聚乙烯，EVA或尼龙。

3、如权利要求1或2所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的绝缘塑料一面有很多通孔，每个孔的面积为2～400mm2，孔的间隔为10～40mm。

4、如权利要求1或2所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的利用脉冲电源在两极之间施以脉冲电流，峰值电流为0.1～1000A。

5、如权利要求3所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的利用脉冲电源在两极之间施以脉冲电流，峰值电流为0.1～1000A。

6如权利要求4所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的阳极为棒材，其直径2～70mm。

7、如权利要求5所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的阳极为棒材，其直径2～70mm。

8、如权利要求6所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的阳极为阳极板，其面积在0.05～1平方米之间，厚度在1～10mm之间。

9、如权利要求7所说的一种海洋船舶除生物污染的电化学方法，其特征在于，所说的阳极为阳极板，其面积在0.05～1平方米之间，厚度在1～10mm之间。

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