用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽的制作方法
【專(zhuān)利摘要】一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，包括槽體、蓋板、陰極、反向電解陽(yáng)極、耐反向電解氧化物陽(yáng)極和導(dǎo)電桿，槽體與蓋板相互扣合組成殼體，在該殼體內(nèi)的空腔內(nèi)通過(guò)導(dǎo)電桿間隔安裝陰極和陽(yáng)極，多層耐反向電解氧化物陽(yáng)極等間距設(shè)置，其平面法線(xiàn)水平設(shè)置；在相鄰的耐反向電解氧化物陽(yáng)極中間交替間隔設(shè)置多個(gè)陰極和反向電解陽(yáng)極；陰極和陽(yáng)極分別連接導(dǎo)電桿，導(dǎo)電桿的一端引出殼體外與電解電源和控制器連接。在海水中Mn2+含量在0.1～50ppm時(shí)，正向電解8～12h，反向電解10～60min，使電解效率維持在85%以上。可用于含錳海水的電解制氯防污系統(tǒng)，解決電解槽氧化物陽(yáng)極錳污染問(wèn)題。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，屬于海洋環(huán)境保護(hù)裝備制造領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]電解海水制取次氯酸鈉來(lái)防止海洋生物對(duì)濱海電廠(chǎng)冷卻管路的污損已成為國(guó)內(nèi)外應(yīng)用較廣且有效的防污技術(shù)。根據(jù)美國(guó)大衛(wèi).泰勒海軍艦船研究與發(fā)展中心的研究，當(dāng)Mn2+含量超過(guò)0.02mg/L即可導(dǎo)致陽(yáng)極涂層“中毒”。在通電電解時(shí)陽(yáng)極表明形成不導(dǎo)電MnO2沉積層，使得槽壓上升，能耗增加，電流效率下降，導(dǎo)致陽(yáng)極電流密度增大，陽(yáng)極快速失效，陽(yáng)極的使用壽命大大降低。
[0003]目前，對(duì)于Mn2+產(chǎn)生的氧化物陽(yáng)極污染問(wèn)題，主要清除方法有機(jī)械清洗法、酸洗溶解法和通反向電流法，其中機(jī)械清除法費(fèi)時(shí)費(fèi)力，易對(duì)涂層造成機(jī)械破損，而且費(fèi)用又高；而酸洗溶解法會(huì)對(duì)電極造成腐蝕，影響電解壽命，且清洗不徹底，會(huì)在陽(yáng)極上有殘余，影響陽(yáng)極催化活性;而通反向電流法主要有三個(gè)方面的缺點(diǎn):一是在反向電解時(shí)，金屬氧化物陽(yáng)極作為陰極進(jìn)行電解發(fā)生析氫反應(yīng)，導(dǎo)致滲氫，造成陽(yáng)極涂層的快速脫落，嚴(yán)重?fù)p害陽(yáng)極涂層，導(dǎo)致陽(yáng)極涂層失活，極大的降低陽(yáng)極的使用壽命;二是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，在反向電解時(shí)，原先做陰極的哈氏合金或者鈦合金材料做陽(yáng)極，會(huì)發(fā)生陽(yáng)極溶解，導(dǎo)致陰極材料壽命大大降低;三是，在電解過(guò)程中電解電流往往較大，需要幾千安培的電流，進(jìn)行反向電解從工程應(yīng)用中較難實(shí)現(xiàn)整流器的極性反轉(zhuǎn)。因此，在實(shí)際工況條件下，也未見(jiàn)有進(jìn)行反向電解除錳的工程應(yīng)用實(shí)例。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明提供一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，解決現(xiàn)有技術(shù)存在的由于氧化物陽(yáng)極出現(xiàn)的錳中毒，造成電解槽電流效率降低，陽(yáng)極壽命縮短問(wèn)題。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，包括槽體、蓋板、陰極、陽(yáng)極和導(dǎo)電桿，槽體與蓋板相互扣合組成殼體，在該殼體內(nèi)的空腔內(nèi)通過(guò)導(dǎo)電桿間隔安裝陰極和陽(yáng)極，陰極和陽(yáng)極分別連接導(dǎo)電桿，導(dǎo)電桿的一端引出殼體外與電解電源和控制器連接，其特征在于，所述的陽(yáng)極包括反向電解陽(yáng)極和耐反向電解氧化物陽(yáng)極，多層耐反向電解氧化物陽(yáng)極等間距設(shè)置，其平面法線(xiàn)水平設(shè)置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽(yáng)極中間交替間隔設(shè)置多個(gè)陰極和反向電解陽(yáng)極;該陰極由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽(yáng)極采用貴金屬氧化物陽(yáng)極;該陰極、反向電解陽(yáng)極和耐反向電解氧化物陽(yáng)極分別連接不同的導(dǎo)電桿;在所述殼體的底部和頂部分別設(shè)有電解液入口和電解液出口。
[0006]在所述的槽體與蓋板之間設(shè)有密封墊，消除了液體泄漏問(wèn)題。
[0007]所述的槽體采用UPVC材料制成;蓋板采用透明亞克力材料制成，便于觀(guān)察殼體內(nèi)的反應(yīng)和確定維修、清洗時(shí)間;槽體與蓋板之間用螺栓固定。
[0008]所述的耐反向電解氧化物陽(yáng)極使用燒結(jié)法工藝制備，陽(yáng)極組成體系由從內(nèi)至外依次復(fù)合的Ti/Ir02-Ta205/Ru02-1r02-Sn02-Mo02組成，其中中間層為銥鉭涂層，摩爾比為Ir:Ta=(4.5?7.8):(2.2?5.5)，外層涂層由此02、1抑2、1002和31102組成，其按原子百分比計(jì)，含量分別為Ru: 10?25%，Ir: 30?55%，Mo: 5?10%，Sn: 15?30%，金屬離子總濃度為0.15?
0.35mol/L，載涂量彡15g/m2;該陽(yáng)極在進(jìn)行正向電解時(shí)，電解效率彡90%，在進(jìn)行反向電解時(shí)，能夠耐反向電流的沖擊，在2000A/m2的反向電流密度下，其強(qiáng)化壽命可達(dá)300h。
[0009]所述的耐反向電解氧化物陽(yáng)極采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以減少電解液阻力。
[0010]所述的電解電源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器電源功率是大功率整流器電源的0.5%?1%，二者的輸出端由所述的控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法是:當(dāng)進(jìn)行正向電解時(shí)，該大功率整流器正極和負(fù)極分別連接耐反向電解氧化物陽(yáng)極的導(dǎo)電桿和陰極的導(dǎo)電桿，耐反向電解氧化物陽(yáng)極發(fā)生析氯反應(yīng)，陰極發(fā)生析氫反應(yīng)，進(jìn)行正常電解制氯；當(dāng)海水中檢測(cè)到Mn2+，其濃度超過(guò)0.lppm，電流效率發(fā)生明顯下降，停止正向電解，使用小功率整流器，其正極和負(fù)極分別連接反向電解除錳的陽(yáng)極的導(dǎo)電桿和耐反向電解氧化物陽(yáng)極的導(dǎo)電桿，此時(shí)用于反向電解除錳的陽(yáng)極發(fā)生析氯反應(yīng)，而耐反向電解的陽(yáng)極作為負(fù)極，進(jìn)行析氫反應(yīng)和錳還原反應(yīng)，而此工況下，陰極不工作，避免溶解消耗。
[0011 ] 當(dāng)海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時(shí)，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復(fù)電解槽電解效率;反向電解時(shí)，耐反向電解陽(yáng)極的電流密度為I?100A/m2，可根據(jù)實(shí)際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時(shí)間區(qū)間進(jìn)行調(diào)整;正向和反向電解的切換通過(guò)控制器的軟件程序自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:(I)使用氧化物陽(yáng)極材料作為反向電解的陽(yáng)極，可避免在反向電解時(shí)，陰極材料哈氏合金和鈦合金的溶解消耗；
(2)采用兩個(gè)整流器，一個(gè)大功率用于正向電解制氯，不影響正常工作；另一個(gè)是小功率電源，用于反向電解除錳，避免采用一個(gè)整流器而導(dǎo)致的電源的極性反轉(zhuǎn)，通過(guò)程序控制，易于實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換，便于操作，安全可靠；
(3)采用Ti/Ir02-Ta205/Ru02-1r02-Sn02-Mo02陽(yáng)極材料，提高了陽(yáng)極耐氫蝕的性能，避免因滲氫導(dǎo)致氧化物涂層的過(guò)快脫落，延長(zhǎng)了整個(gè)電解槽的使用壽命；
(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.I?50ppm時(shí)，正向電解8?12h，反向電解10?60min，即可恢復(fù)電解槽電解效率，使電解效率維持在85%以上。
[0013]
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1是本發(fā)明實(shí)施例的總體剖視結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0015]圖3是圖1的B-B剖視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]參見(jiàn)圖1?圖3，本發(fā)明一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，包括槽體9、蓋板10、陰極1、陽(yáng)極和導(dǎo)電桿，槽體9與蓋板10相互扣合組成殼體，在該殼體內(nèi)的空腔內(nèi)通過(guò)導(dǎo)電桿間隔安裝陰極I和陽(yáng)極，陰極I和陽(yáng)極分別連接導(dǎo)電桿，導(dǎo)電桿的一端引出殼體外與電解電源和控制器連接，其特征在于，所述的陽(yáng)極包括反向電解陽(yáng)極2和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3，多層耐反向電解氧化物陽(yáng)極3等間距設(shè)置，其平面法線(xiàn)水平設(shè)置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽(yáng)極3中間交替間隔設(shè)置多個(gè)陰極I和反向電解陽(yáng)極2;該陰極I由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽(yáng)極2采用貴金屬氧化物陽(yáng)極;該陰極1、反向電解陽(yáng)極2和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3分別連接不同的導(dǎo)電桿4-6;在所述殼體的底部和頂部分別設(shè)有電解液入口 7和電解液出口 8。
[0017]在所述的槽體9與蓋板10之間設(shè)有密封墊11，消除了液體泄漏問(wèn)題。
[0018]所述的槽體9采用UPVC材料制成;蓋板10采用透明亞克力材料制成，便于觀(guān)察殼體內(nèi)的反應(yīng)和確定維修、清洗時(shí)間;槽體9與蓋板10之間用螺栓固定。
[00?9]所述的耐反向電解陽(yáng)極使用燒結(jié)法工藝制備，陽(yáng)極組成體系由Ti/1r02-Ta205/RuO2-1rO2-SnO2- MoO2，其中中間層為銥鉭涂層，摩爾比為Ir:Ta=(4.5?7.8):(2.2?5.5)，外層涂層由仙02、1抑2、1002和31102組成，其按原子百分比計(jì)，含量分別為1?11:10?25%，&:30?55%，Mo: 5?10%，Sn: 15?30%，陽(yáng)極的金屬離子總濃度為0.15?0.35mol/L，載涂量彡15g/m2。該陽(yáng)極在進(jìn)行正向電解時(shí)，電解效率多90%，在進(jìn)行反向電解時(shí)，可以耐反向電流的沖擊，在2000A/m2的反向電流密度下，其壽命可達(dá)300h。
[0020]所述的耐反向電解氧化物陽(yáng)極3采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以減少電解液阻力。
[0021 ]所述的電解電源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器電源功率是大功率整流器電源的0.5%?1%，二者的輸出端由所述的控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法是:當(dāng)進(jìn)行正向電解時(shí)，該大功率整流器正極和負(fù)極分別連接耐反向電解氧化物陽(yáng)極3的導(dǎo)電桿6和陰極I的導(dǎo)電桿4，耐反向電解氧化物陽(yáng)極3發(fā)生析氯反應(yīng)，陰極I發(fā)生析氫反應(yīng)，進(jìn)行正常電解制氯；當(dāng)海水中檢測(cè)到Mn2+，其濃度超過(guò)0.lppm，電流效率發(fā)生明顯下降，停止正向電解;控制器轉(zhuǎn)換到小功率整流器，其正極和負(fù)極分別連接反向電解除錳的陽(yáng)極2的導(dǎo)電桿5和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3的導(dǎo)電桿6，此時(shí)用于反向電解除錳的陽(yáng)極2發(fā)生析氯反應(yīng)，而耐反向電解的陽(yáng)極3作為負(fù)極，進(jìn)行析氫反應(yīng)和錳還原反應(yīng)，而此工況下，陰極I的哈氏合金或者鈦合金不工作，避免溶解消耗。
[0022]當(dāng)海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時(shí)，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復(fù)電解槽電解效率.反向電解時(shí)，耐反向電解陽(yáng)極3的電流密度為I?100A/m2，可根據(jù)實(shí)際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時(shí)間區(qū)間進(jìn)行調(diào)整。正向和反向電解的切換通過(guò)控制器的軟件程序自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。
[0023]本發(fā)明的殼體空腔長(zhǎng)方向上下設(shè)置，內(nèi)部的電解電極的平面也上下設(shè)置，海水從下部的電解液入口 7進(jìn)入、并從上部的電解液出口 8—次性自下而上高速流過(guò)，電解產(chǎn)生的氫氣能順著水流順利排出，不會(huì)在槽內(nèi)積存。鈣鎂沉淀物在高流速下減緩了在陰極I上的積存。該結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)具備高的安全性和穩(wěn)定性。
[0024]槽體9采用UPVC材料，蓋板1為透明亞克力材料制成，便于觀(guān)察電解槽內(nèi)的反應(yīng)和確定維修、清洗時(shí)間；UPVC槽體9和透明亞克力蓋板10之間有密封墊11密封，并由螺栓固定把牢。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，包括槽體9、蓋板10、陰極1、陽(yáng)極和導(dǎo)電桿，槽體9與蓋板10相互扣合組成殼體，在該殼體內(nèi)的空腔內(nèi)通過(guò)導(dǎo)電桿間隔安裝陰極I和陽(yáng)極，陰極I和陽(yáng)極分別連接導(dǎo)電桿，導(dǎo)電桿的一端引出殼體外與電解電源和控制器連接，其特征在于，所述的陽(yáng)極包括反向電解陽(yáng)極2和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3，多層耐反向電解氧化物陽(yáng)極3等間距設(shè)置，其平面法線(xiàn)水平設(shè)置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽(yáng)極3中間交替間隔設(shè)置多個(gè)陰極I和反向電解陽(yáng)極2;該陰極I由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽(yáng)極2采用貴金屬氧化物陽(yáng)極;該陰極1、反向電解陽(yáng)極2和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3分別連接不同的導(dǎo)電桿4-6;在所述殼體的底部和頂部分別設(shè)有電解液入口 7和電解液出口 8。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，在所述的槽體9與蓋板10之間設(shè)有密封墊11，消除了液體泄漏問(wèn)題。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，所述的槽體9采用UPVC材料制成;蓋板10采用透明亞克力材料制成，便于觀(guān)察殼體內(nèi)的反應(yīng)和確定維修、清洗時(shí)間;槽體9與蓋板10之間用螺栓固定。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，所述的耐反向電解氧化物陽(yáng)極3使用燒結(jié)法工藝制備，陽(yáng)極組成體系由從內(nèi)至外依次復(fù)合的Ti/Ir02-Ta205/Ru02-1r02-Sn02-Mo02組成，其中中間層為銥鉭涂層，摩爾比為Ir: Ta=(4.5?7.8):(2.2?5.5)，外層涂層由仙02、1抑2、1002和31102組成，其按原子百分比計(jì)，含量分別為1?11:10?25%，1^30?55%，]\10:5?10%，511:15?30%，金屬離子總濃度為0.15?0.3511101/1，載涂量多15g/m2 ；該陽(yáng)極在進(jìn)行正向電解時(shí)，電解效率多90%，在進(jìn)行反向電解時(shí)，能夠耐反向電流的沖擊，在2000A/m2的反向電流密度下，其強(qiáng)化壽命可達(dá)300h。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，所述的耐反向電解氧化物陽(yáng)極3采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，以減少電解液阻力。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，所述的電解電源包括大功率整流器和小功率整流器，小功率整流器電源功率是大功率整流器電源的0.5%?1%，二者的輸出端由所述的控制器自動(dòng)轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換方法是:當(dāng)進(jìn)行正向電解時(shí)，該大功率整流器正極和負(fù)極分別連接耐反向電解氧化物陽(yáng)極3的導(dǎo)電桿6和陰極I的導(dǎo)電桿4，耐反向電解氧化物陽(yáng)極3發(fā)生析氯反應(yīng)，陰極I發(fā)生析氫反應(yīng)，進(jìn)行正常電解制氯；當(dāng)海水中檢測(cè)到Mn2+，其濃度超過(guò)0.lppm，電流效率發(fā)生明顯下降，停止正向電解，使用小功率整流器，其正極和負(fù)極分別連接反向電解除錳的陽(yáng)極2的導(dǎo)電桿5和耐反向電解氧化物陽(yáng)極3的導(dǎo)電桿6，此時(shí)用于反向電解除錳的陽(yáng)極2發(fā)生析氯反應(yīng)，而耐反向電解的陽(yáng)極3作為負(fù)極，進(jìn)行析氫反應(yīng)和錳還原反應(yīng)，而此工況下，陰極I不工作，避免溶解消耗。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，其特征在于，當(dāng)海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時(shí)，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復(fù)電解槽電解效率;反向電解時(shí)，耐反向電解陽(yáng)極3的電流密度為I?IΟΟΑ/m2，可根據(jù)實(shí)際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時(shí)間區(qū)間進(jìn)行調(diào)整;正向和反向電解的切換通過(guò)控制器的軟件程序自動(dòng)控制實(shí)現(xiàn)。
【文檔編號(hào)】C25B11/03GK106011918SQ201610538981
【公開(kāi)日】2016年10月12日
【申請(qǐng)日】2016年7月11日
【發(fā)明人】王海濤, 許實(shí), 王輝, 劉光洲, 王洪仁
【申請(qǐng)人】青島雙瑞海洋環(huán)境工程股份有限公司