用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽的制作方法
【專利摘要】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、反向電解陽極、耐反向電解氧化物陽極和導電桿，槽體與蓋板相互扣合組成殼體，在該殼體內的空腔內通過導電桿間隔安裝陰極和陽極，多層耐反向電解氧化物陽極等間距設置，其平面法線水平設置；在相鄰的耐反向電解氧化物陽極中間交替間隔設置多個陰極和反向電解陽極；陰極和陽極分別連接導電桿，導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，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，解決電解槽氧化物陽極錳污染問題。
【專利說明】
用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽
技術領域
[0001]本發明涉及一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，屬于海洋環境保護裝備制造領域。
【背景技術】
[0002]電解海水制取次氯酸鈉來防止海洋生物對濱海電廠冷卻管路的污損已成為國內外應用較廣且有效的防污技術。根據美國大衛.泰勒海軍艦船研究與發展中心的研究，當Mn2+含量超過0.02mg/L即可導致陽極涂層“中毒”。在通電電解時陽極表明形成不導電MnO2沉積層，使得槽壓上升，能耗增加，電流效率下降，導致陽極電流密度增大，陽極快速失效，陽極的使用壽命大大降低。
[0003]目前，對于Mn2+產生的氧化物陽極污染問題，主要清除方法有機械清洗法、酸洗溶解法和通反向電流法，其中機械清除法費時費力，易對涂層造成機械破損，而且費用又高；而酸洗溶解法會對電極造成腐蝕，影響電解壽命，且清洗不徹底，會在陽極上有殘余，影響陽極催化活性;而通反向電流法主要有三個方面的缺點:一是在反向電解時，金屬氧化物陽極作為陰極進行電解發生析氫反應，導致滲氫，造成陽極涂層的快速脫落，嚴重損害陽極涂層，導致陽極涂層失活，極大的降低陽極的使用壽命;二是在實際應用過程中，在反向電解時，原先做陰極的哈氏合金或者鈦合金材料做陽極，會發生陽極溶解，導致陰極材料壽命大大降低;三是，在電解過程中電解電流往往較大，需要幾千安培的電流，進行反向電解從工程應用中較難實現整流器的極性反轉。因此，在實際工況條件下，也未見有進行反向電解除錳的工程應用實例。
【發明內容】
[0004]本發明提供一種用于抗錳污染的電解海水制氯電解槽，解決現有技術存在的由于氧化物陽極出現的錳中毒，造成電解槽電流效率降低，陽極壽命縮短問題。
[0005]本發明的技術方案是: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、陽極和導電桿，槽體與蓋板相互扣合組成殼體，在該殼體內的空腔內通過導電桿間隔安裝陰極和陽極，陰極和陽極分別連接導電桿，導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，所述的陽極包括反向電解陽極和耐反向電解氧化物陽極，多層耐反向電解氧化物陽極等間距設置，其平面法線水平設置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽極中間交替間隔設置多個陰極和反向電解陽極;該陰極由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽極采用貴金屬氧化物陽極;該陰極、反向電解陽極和耐反向電解氧化物陽極分別連接不同的導電桿;在所述殼體的底部和頂部分別設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有密封墊，消除了液體泄漏問題。
[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，便于觀察殼體內的反應和確定維修、清洗時間;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極使用燒結法工藝制備，陽極組成體系由從內至外依次復合的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，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;該陽極在進行正向電解時，電解效率彡90%，在進行反向電解時，能夠耐反向電流的沖擊，在2000A/m2的反向電流密度下，其強化壽命可達300h。
[0009]所述的耐反向電解氧化物陽極采用網狀結構，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轉換，轉換方法是:當進行正向電解時，該大功率整流器正極和負極分別連接耐反向電解氧化物陽極的導電桿和陰極的導電桿，耐反向電解氧化物陽極發生析氯反應，陰極發生析氫反應，進行正常電解制氯；當海水中檢測到Mn2+，其濃度超過0.lppm，電流效率發生明顯下降，停止正向電解，使用小功率整流器，其正極和負極分別連接反向電解除錳的陽極的導電桿和耐反向電解氧化物陽極的導電桿，此時用于反向電解除錳的陽極發生析氯反應，而耐反向電解的陽極作為負極，進行析氫反應和錳還原反應，而此工況下，陰極不工作，避免溶解消耗。
[0011 ] 當海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復電解槽電解效率;反向電解時，耐反向電解陽極的電流密度為I?100A/m2，可根據實際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時間區間進行調整;正向和反向電解的切換通過控制器的軟件程序自動控制實現。
[0012]本發明的優點是:(I)使用氧化物陽極材料作為反向電解的陽極，可避免在反向電解時，陰極材料哈氏合金和鈦合金的溶解消耗；
(2)采用兩個整流器，一個大功率用于正向電解制氯，不影響正常工作；另一個是小功率電源，用于反向電解除錳，避免采用一個整流器而導致的電源的極性反轉，通過程序控制，易于實現自動切換，便于操作，安全可靠；
(3)采用Ti/Ir02-Ta205/Ru02-1r02-Sn02-Mo02陽極材料，提高了陽極耐氫蝕的性能，避免因滲氫導致氧化物涂層的過快脫落，延長了整個電解槽的使用壽命；
(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，正向電解8?12h，反向電解10?60min，即可恢復電解槽電解效率，使電解效率維持在85%以上。
[0013]
【附圖說明】
[0014]圖1是本發明實施例的總體剖視結構示意圖；
圖2是圖1的A-A剖視圖。
[0015]圖3是圖1的B-B剖視圖。
【具體實施方式】
[0016]參見圖1?圖3，本發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、陽極和導電桿，槽體9與蓋板10相互扣合組成殼體，在該殼體內的空腔內通過導電桿間隔安裝陰極I和陽極，陰極I和陽極分別連接導電桿，導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，所述的陽極包括反向電解陽極2和耐反向電解氧化物陽極3，多層耐反向電解氧化物陽極3等間距設置，其平面法線水平設置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽極3中間交替間隔設置多個陰極I和反向電解陽極2;該陰極I由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽極2采用貴金屬氧化物陽極;該陰極1、反向電解陽極2和耐反向電解氧化物陽極3分別連接不同的導電桿4-6;在所述殼體的底部和頂部分別設有電解液入口 7和電解液出口 8。
[0017]在所述的槽體9與蓋板10之間設有密封墊11，消除了液體泄漏問題。
[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，便于觀察殼體內的反應和確定維修、清洗時間;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極使用燒結法工藝制備，陽極組成體系由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，含量分別為1?11:10?25%，&:30?55%，Mo: 5?10%，Sn: 15?30%，陽極的金屬離子總濃度為0.15?0.35mol/L，載涂量彡15g/m2。該陽極在進行正向電解時，電解效率多90%，在進行反向電解時，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300h。
[0020]所述的耐反向電解氧化物陽極3采用網狀結構，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轉換，轉換方法是:當進行正向電解時，該大功率整流器正極和負極分別連接耐反向電解氧化物陽極3的導電桿6和陰極I的導電桿4，耐反向電解氧化物陽極3發生析氯反應，陰極I發生析氫反應，進行正常電解制氯；當海水中檢測到Mn2+，其濃度超過0.lppm，電流效率發生明顯下降，停止正向電解;控制器轉換到小功率整流器，其正極和負極分別連接反向電解除錳的陽極2的導電桿5和耐反向電解氧化物陽極3的導電桿6，此時用于反向電解除錳的陽極2發生析氯反應，而耐反向電解的陽極3作為負極，進行析氫反應和錳還原反應，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]當海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復電解槽電解效率.反向電解時，耐反向電解陽極3的電流密度為I?100A/m2，可根據實際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時間區間進行調整。正向和反向電解的切換通過控制器的軟件程序自動控制實現。
[0023]本發明的殼體空腔長方向上下設置，內部的電解電極的平面也上下設置，海水從下部的電解液入口 7進入、并從上部的電解液出口 8—次性自下而上高速流過，電解產生的氫氣能順著水流順利排出，不會在槽內積存。鈣鎂沉淀物在高流速下減緩了在陰極I上的積存。該結構設計具備高的安全性和穩定性。
[0024]槽體9采用UPVC材料，蓋板1為透明亞克力材料制成，便于觀察電解槽內的反應和確定維修、清洗時間；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。
【主權項】
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、陽極和導電桿，槽體9與蓋板10相互扣合組成殼體，在該殼體內的空腔內通過導電桿間隔安裝陰極I和陽極，陰極I和陽極分別連接導電桿，導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，所述的陽極包括反向電解陽極2和耐反向電解氧化物陽極3，多層耐反向電解氧化物陽極3等間距設置，其平面法線水平設置;在相鄰的耐反向電解氧化物陽極3中間交替間隔設置多個陰極I和反向電解陽極2;該陰極I由哈氏合金或鈦合金材料制成，該反向電解陽極2采用貴金屬氧化物陽極;該陰極1、反向電解陽極2和耐反向電解氧化物陽極3分別連接不同的導電桿4-6;在所述殼體的底部和頂部分別設有電解液入口 7和電解液出口 8。2.根據權利要求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之間設有密封墊11，消除了液體泄漏問題。3.根據權利要求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，便于觀察殼體內的反應和確定維修、清洗時間;槽體9與蓋板10之間用螺栓固定。4.根據權利要求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極3使用燒結法工藝制備，陽極組成體系由從內至外依次復合的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，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 ；該陽極在進行正向電解時，電解效率多90%，在進行反向電解時，能夠耐反向電流的沖擊，在2000A/m2的反向電流密度下，其強化壽命可達300h。5.根據權利要求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極3采用網狀結構，以減少電解液阻力。6.根據權利要求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轉換，轉換方法是:當進行正向電解時，該大功率整流器正極和負極分別連接耐反向電解氧化物陽極3的導電桿6和陰極I的導電桿4，耐反向電解氧化物陽極3發生析氯反應，陰極I發生析氫反應，進行正常電解制氯；當海水中檢測到Mn2+，其濃度超過0.lppm，電流效率發生明顯下降，停止正向電解，使用小功率整流器，其正極和負極分別連接反向電解除錳的陽極2的導電桿5和耐反向電解氧化物陽極3的導電桿6，此時用于反向電解除錳的陽極2發生析氯反應，而耐反向電解的陽極3作為負極，進行析氫反應和錳還原反應，而此工況下，陰極I不工作，避免溶解消耗。7.根據權利要求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，當海水中Mn2+含量在0.1?50ppm時，電解槽每正向電解8?12h，需反向電解10?60min，即可恢復電解槽電解效率;反向電解時，耐反向電解陽極3的電流密度為I?IΟΟΑ/m2，可根據實際錳含量的多少，在以上電流密度、電解時間區間進行調整;正向和反向電解的切換通過控制器的軟件程序自動控制實現。
【文檔編號】C25B11/03GK106011918SQ201610538981
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年7月11日
【發明人】王海濤, 許實, 王輝, 劉光洲, 王洪仁
【申請人】青島雙瑞海洋環境工程股份有限公司