CN213933679U - 一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，电解槽阴极室内设有电解槽阴极板，电解槽阳极室内设有电解槽阳极板，电解槽阴极板和电解槽阳极板均分别与直流稳压稳流电源、直流电流电压报警器连接；电解液调节室包括阴极电解液调节室、阳极电解液调节室；电解槽电解系统中电解槽阴极室、电解槽阳极室分别通过电解槽溢流管和电解液循环泵与阴极电解液循环室、阳极电解液循环室连接；阴极电解液循环室、阳极电解液循环室分别通过装有直动式电磁阀的管道与阴极电解液调节室、阳极电解液调节室连接。本实用新型应用于实验室新开发离子交换膜综合性能的辅助评价和选用商品离子交换膜的辅助测试。

Description

一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置

技术领域

本实用新型属于高分子功能材料性能测试领域，具体是一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置。

背景技术

离子交换膜作为一种新型的分离，提纯，浓缩和净化材料，广泛应用于药物提纯，食品加工，海水淡化，污水处理等行业。近几年由于冶金废水资源化绿色化处理的要求，膜法电沉积工艺技术资源化利用效果好、自动控制程度高的显著特点逐渐被重视，但此工艺对于膜的耐温耐酸耐氧化性能要求极高，因此测试和评价膜的耐温耐酸耐氧化性能，对于膜在膜法电沉积技术的使用至关重要。

金属矿物一般溶解在盐酸溶液体系中，因此在电沉积的过程中，由于阳离子交换膜选择透过性很难达到百分之百，膜在恒定电流密度下持续电解，温度使膜溶胀后膜结构发生变化，阴极室中的氯离子会部分透过离子交换膜，并在阳极室的阳极板上反应生成氯气，氯气在酸性溶液中，产生强氧化性的次氯酸，次氯酸会不断的氧化离子交换膜，使膜脆化，变形，脱粉，甚至失效，最终致使膜结构严重破坏或是离子交换功能严重丧失，出现槽电压大幅度的下降或升高，不能正常发挥其选择透过性作用。

实用新型内容

为了评价和比较阳离子交换膜的耐温耐酸耐氧化性能，本实用新型提供了一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，对膜进行加速电解实验，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较，装置自动控制程度高，操作简便，填补以往这方面没有具体测试装置和仪器的空白。

本发明的技术方案是：

一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，包括电解槽电解系统和电解液循环调节系统；

电解槽电解系统包括直流稳压稳流电源、直流电流电压报警器、电解槽极室，电解槽极室包括电解槽阴极室、电解槽阳极室，电解槽阴极室内设有电解槽阴极板，电解槽阳极室内设有电解槽阳极板，电解槽阴极板和电解槽阳极板均分别与直流稳压稳流电源、直流电流电压报警器连接；电解槽极室内均设有pH传感器、温度传感器；

电解槽极室内还分别设有紊流板，紊流板位于与电解液循环泵连接的通孔处；

电解液循环调节系统包括电解液循环室、电解液调节室；电解液循环室包括阴极电解液循环室、阳极电解液循环室；电解液调节室包括阴极电解液调节室、阳极电解液调节室；电解槽电解系统中电解槽阴极室、电解槽阳极室分别通过电解槽溢流管和电解液循环泵与阴极电解液循环室、阳极电解液循环室连接，实现电解液的循环和温度控制；阴极电解液循环室、阳极电解液循环室分别通过装有直动式电磁阀的管道与阴极电解液调节室、阳极电解液调节室连接，实现电解液的浓度控制。

直动式电磁阀开启与关闭由pH控制器控制；

电解液循环室和电解液调节室上分别有注液孔和排液孔，用于测试过程中注液和排空废液。

电解液循环室与电解槽极室之间与电解液循环泵连接的循环管道上设有热质交换器，热质交换器由温度控制器控制。

本发明装置具备的特点:

本装置结合膜法电沉积处理高浓度氯化钴废水实际工艺情况，提供了一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，对膜进行加速电解实验，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较，装置自动控制程度高，操作方便，填补了以往这方面没有具体测试装置和仪器的空白。

本实用新型所述的电解装置，结合膜法电沉积处理高浓度氯化钴废水工艺中实际电解液体系及性质，阳极室电解液选用硫酸，阴极室电解液选用盐酸，在膜样品的持续电解过程中，相比实际膜法电沉积工艺，电解电流密度加倍，电解液浓度增高，并且加热循环，同时对膜面不断进行紊流冲刷，模拟阳离子交换膜在膜法电沉积工艺中的加速破坏过程，直到装置中的离子交换膜结构严重破坏或是离子交换功能严重丧失，电解槽槽电压出现大幅度升降，波动超过初始稳定电压的20％时，直流电流电压报警器报警，记录持续电解的时间，作为评价离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的一个重要参数，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较。可用于实验室新开发离子交换膜综合性能的辅助评价和现场工艺选用商品离子交换膜的辅助测试。

附图说明

图1为本发明装置的整体布置示意图。

具体实施方式

结合实施例说明本实用新型具体技术方案。

如图1所示，一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，包括电解槽电解系统和电解液循环调节系统；

电解槽电解系统包括直流稳压稳流电源10、直流电流电压报警器11、电解槽极室，电解槽极室包括电解槽阴极室A、电解槽阳极室B，电解槽阴极室A内设有电解槽阴极板5，电解槽阳极室B内设有电解槽阳极板4，电解槽阴极板5和电解槽阳极板4均分别与直流稳压稳流电源10、直流电流电压报警器11连接；电解槽极室内均设有pH传感器6、温度传感器7；

电解槽极室内还分别设有紊流板3，紊流板3位于与电解液循环泵1连接的通孔处；

电解液循环调节系统包括电解液循环室、电解液调节室；电解液循环室包括阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D；电解液调节室包括阴极电解液调节室E、阳极电解液调节室F；电解槽电解系统中电解槽阴极室A、电解槽阳极室B分别通过电解槽溢流管12和电解液循环泵1与阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D连接，实现电解液的循环和温度控制；阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D分别通过装有直动式电磁阀13的管道与阴极电解液调节室E、阳极电解液调节室F连接，实现电解液的浓度控制。

直动式电磁阀13开启与关闭由pH控制器9控制；

电解液循环室和电解液调节室上分别有注液孔15和排液孔16，用于测试过程中注液和排空废液。

电解液循环室与电解槽极室之间与电解液循环泵1连接的循环管道上设有热质交换器2，热质交换器2由温度控制器8控制。

还包括有装置控制箱17和装置底座18。

电解槽阴极室A、电解槽阳极室B采用材料均为双层保温有机玻璃；电解槽阴极室A、电解槽阳极室B之间放入待测试膜样品及密封橡胶垫后，由铁质搭扣加紧固定；电解槽溢流管12先将电解槽阴极室A、电解槽阳极室B中电解液分别溢流回阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D中，再由电解液循环泵1吸回到电解槽阴极室A、电解槽阳极室B中，可实现电解液的循环和温度控制；紊流板3使循环的电解液对膜产生紊流冲刷，可模拟电解液对膜的冲刷破坏作用。

电解液循环室和电解液调节室采用材料材质均为有机玻璃；电解液调节室与电解液循环室之间由装有直动式电磁阀13的管道连接，直动式电磁阀13开启与关闭由pH控制器9控制，可实现电解液浓度的调节；电解液循环室与电解槽极室之间由电解液循环管道连接，管道上装有循环泵和热值交换器，使电解液的循环且保持恒温；电解液循环室和电解液调节室上分别有注液孔15和排液孔16，用于测试过程中注液和排空废液。

装置模拟膜法电沉积处理高浓度氯化钴废水的实际电解工艺，电解槽阳极室B中电解液为恒定浓度的硫酸，电解槽阴极室A电解液为恒定浓度的盐酸，整个持续电解过程中，电解液可实现温度和浓度的调控，始终维持在恒定值，将待测膜样品在恒定高密度电流下持续电解，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性测试和辅助性比较。

利用上述装置测试的过程为：

1.将待测离子交换膜样品在2mol/L NaCl溶液中浸泡24h,使其充分转化成Na型；

2.将提前配制好的15％HCl和3％H₂SO₄溶液各2L，10％HCl和2％H₂SO₄溶液各4L，分别注入阴极电解液调节室E、阳极电解液调节室F中和阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D中；

3.将充分转化成Na型的膜样品置于电解槽阴极室A、电解槽阳极室B之间，两侧放入硅胶垫片，夹紧铁质搭扣；

4.将电解槽整体通过铷磁铁14吸附固定于电解液循环调节系统的凹槽中；

5.启动电解液循环泵1，当电解液注满电解槽极室开始溢流时，打开温度控制器8，打开PH控制器9，并把温度控制器8的温度设定成60℃；

6.当电解液循环使pH值和温度保持在恒定值时，打开直流稳压稳流电源10，并将电流固定在1000mA；

7.装置运行2h稳定后，记录电解初始时间和初始槽电压，并把直流电流电压报警器11，设定成槽电压一旦上下波动超过初始电压的20％时，直流电流电压报警器就发出报警；

8.膜进行持续电解，直到槽电压出现严重升降，直流电流电压报警器11发出报警时，记录电解终止时间；

9.测试完毕，关闭直流稳压稳流电源10，关闭温度控制器8，关闭pH控制器9，并给循环泵施加直流反向电压，使电解槽阴极室A、电解槽阳极室B内溶液分别全部回流到阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D后，关闭电解液循环泵1；

11.卸下电解槽阴极室A、电解槽阳极室B，打开铁质搭扣，更换膜样品，按同样的步骤进行下一个膜样品的测试；

12.在所有膜样品测试完毕后，比较不同膜持续电解时间比较，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较。

对商品非均相离子交换膜IONSEP-HC-C和商品均相离子交换膜Nafion N-117进行持续电解实验，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较。将两种膜样均在2mol/L NaCl溶液中浸泡24h,使其充分转化成Na型；将提前配制好的15％HCl和3％H₂SO₄溶液各2L，10％HCl和2％H₂SO₄溶液各4L，分别注入储液室阴极电解液调节室E、阳极电解液调节室F中和阴极电解液循环室C、阳极电解液循环室D中；将充分转化成Na型的膜样品置于电解槽阴极室A、电解槽阳极室B之间，两侧放入硅胶垫片，夹紧铁质搭扣；将电解槽整体通过铷磁铁14吸附固定于电解液循环调节系统的凹槽中；启动电解液循环泵1，当电解液注满电解槽阴极室A、电解槽阳极室B开始溢流时，打开温度控制器8，打开pH控制器9，并把温度控制器8的温度设定成60℃；电解液循环使pH值和温度保持在恒定值时，打开直流稳压稳流电源10，把电流固定在1000mA；装置运行2h稳定后，记录电解初始时间和初始槽电压，并把直流电流电压报警器11，设定成电压一旦上下波动超过初始电压的20％时，直流电流电压报警器11就发出报警；膜进行持续电解，直到槽电压出现严重升降，直流电流电压报警器11发出报警时，记录电解的终止时间；测试完毕后，关闭直流稳压稳流电源10，关闭温度控制器8，关闭pH控制器9，并给电解液循环泵1施加直流反向电压，使电解槽阴极室A、电解槽阳极室B内溶液分别全部回流到电解液循环室CD后，关闭电解液循环泵1；卸下电解槽阴极室A、电解槽阳极室B，打开铁质搭扣，更换膜样品，按同样的步骤进行下一个膜样品的测试；当所有膜样品测试完毕后，比较不同膜持续电解时间比较，并结合膜电解前后各项性能指标的具体变化，对阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能进行辅助性分析和辅助性比较，具体见下表：

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (5)

1.一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，其特征在于，包括电解槽电解系统和电解液循环调节系统；

电解槽电解系统包括直流稳压稳流电源(10)、直流电流电压报警器(11)、电解槽极室；

电解槽极室包括电解槽阴极室(A)、电解槽阳极室(B)，电解槽阴极室(A)内设有电解槽阴极板(5)，电解槽阳极室(B)内设有电解槽阳极板(4)，电解槽阴极板(5)和电解槽阳极板(4)均分别与直流稳压稳流电源(10)、直流电流电压报警器(11)连接；

电解液循环调节系统包括电解液循环室、电解液调节室；电解液循环室包括阴极电解液循环室(C)、阳极电解液循环室(D)；电解液调节室包括阴极电解液调节室(E)、阳极电解液调节室(F)；电解槽电解系统中电解槽阴极室(A)、电解槽阳极室(B)分别通过电解槽溢流管(12)和电解液循环泵(1)与阴极电解液循环室(C)、阳极电解液循环室(D)连接，实现电解液的循环和温度控制；阴极电解液循环室(C)、阳极电解液循环室(D)分别通过装有直动式电磁阀(13)的管道与阴极电解液调节室(E)、阳极电解液调节室(F)连接，实现电解液的浓度控制；直动式电磁阀(13)开启与关闭由pH控制器(9)控制。

2.根据权利要求1所述的一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，其特征在于，所述的电解槽极室内还分别设有紊流板(3)，紊流板(3)位于与电解液循环泵(1)连接的通孔处。

3.根据权利要求1所述的一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，其特征在于，所述的电解槽极室内均设有pH传感器(6)、温度传感器(7)。

4.根据权利要求1所述的一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，其特征在于，所述的电解液循环室和电解液调节室上分别有注液孔(15)和排液孔(16)，用于测试过程中注液和排空废液。

5.根据权利要求1所述的一种测试阳离子交换膜耐温耐酸耐氧化性能的电解装置，其特征在于，所述的电解液循环室与电解槽极室之间与电解液循环泵(1)连接的循环管道上设有热质交换器(2)，热质交换器(2)由温度控制器(8)控制。

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