一种电解设备及其应用制造技术

本发明专利技术公开了一种电解设备及其应用，该设备是将电解槽与直流电源和低温等离子体放电电源耦合使用。该设备结构简单，操作方便，仅需将待测溶液加入电解槽中作用一定时间既可获得目标产物。将本发明专利技术所述的设备应用在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中，可实现氯化钠向次氯酸钠的高效转变，生成的次氯酸钠溶液中有效氯含量均符合《次氯酸钠》A

【技术实现步骤摘要】
一种电解设备及其应用


[0001]本专利技术属于化工生产领域，具体涉及一种电解设备及其应用。

技术介绍

[0002]次氯酸钠具有较好的消毒和杀菌效果，且相较于液氯更易储存、运输和使用，具有更好的安全性，因此在净水和污水处理厂、印染行业、纸浆漂白领域均有广泛的应用。新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，次氯酸钠作为一种杀菌剂和消毒剂也被广泛应用到居民的生活中。
[0003]当前，次氯酸钠的制备方法主要包括4种：漂白粉与碳酸钠的复分解反应法、盐溶液电解法、纯碱溶液氯化反应法、烧碱氯化法。其中漂白粉与碳酸钠的复分解反应法产生的次氯酸钠溶液中易含有大量碳酸钙沉淀，且制备过程需使用大量的纯碱，不适宜工业化生产。纯碱溶液氯化反应法和烧碱氯化法均适合大规模生产，但制备过程均需使用氯气，存在较大安全隐患和二次污染风险，且成本易受碱价格变化而波动。盐溶液电解法是通过电解氯化钠水溶液产生的氯气与烧碱在内部混合，重新反应形成次氯酸钠。盐溶液电解法是一种将氯化钠转化为次氯酸钠的方法，无需添加其它化学试剂，但目前该方法制备的次氯酸钠有效氯质量分数仅5％，氯转化效率低。因此，基于上述分析，研发一种利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。
[0004]另外，印染、电镀、制药及食品加工等行业易产生大量含盐有机废水，若未经处理直接排放到周边环境会对土壤及地表地下水体造成严重污染。高浓度含盐有机废水由于其既含有高浓度有机污染物又含有大量无机盐，其净化难度较大。例如，对于仅含有有机污染物的废水，通常可通过絮凝耦合厌氧
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好氧生化实现有机废液的净化。但对于高浓度含盐有机废水，通过絮凝无法有效降低其盐分，高含量的盐又会抑制后段工序中微生物的生长，从而影响对废液的处置效果。
[0005]目前对于高的浓度含盐有机废液，采纳物理化学与生物法组合工艺。采用膜工艺耦合电渗析技术实现盐份的去除。再将脱盐后的有机废液通过生化(微生物)技术处置。
[0006]总体而言，组合工艺可以一定程度上实现对有机含盐废液的处置，但现有组合工艺也存在净化效果较差、处置环节较多、处置周期长、潜在二次污染风险高等问题。因此，若能研发一套处置高浓度含盐有机废液的设备，实现对高浓度含盐有机废液高效处置是解决上述问题的关键。
[0007]再有，全国各级学校尤其是大学每年在进行化学实验实践过程中会持续性产生大量的含硫酸废液。同时硫化金属矿山在矿物开采、富集、冶炼过程中也会产生大量的含硫酸废水。对于传统的电镀行业，电镀过程中会产生含有大量硫酸盐物质的废水。这些含有硫酸或硫酸盐的废水若未经适当处理被直接排放到水体中会严重影响水体生态环境并造成水体污染。过多的硫酸根流入水体，会使得水底厌氧菌代谢变得更加活跃，从而抑制好氧菌活性。同时，河道中流入的硫酸根还会加速水体中甲基汞的生成，还会在厌氧菌作用下转化为H2S，从而对水体中微生物、藻类植物、鱼类等各种生物的生长和生存造成严重危害，使得水
体逐渐失去生态调节功能。
[0008]目前，处理含硫酸废液的方法主要包括酸碱中合法、化学沉淀法和微生物还原法。其中，酸碱中合法和化学沉淀法没有涉及到硫酸根价态变化。微生物还原法可通过硫酸盐还原菌在厌氧条件下实现将硫酸根转化为单质硫，但该方法存在作用周期长和硫转化效率低的问题。因此，研发一种直接利用硫酸废液制备单质硫的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。
[0009]现有电解设备结构较为简单，通常由直流电源、电极和电解槽三个部分组成。电极分为阳极和阴极，阳极和阴极通过导线与直流电源连接。通常将废液置于阳极和阴极之间，接通电源后通过电迁移和电渗流作用实现污染物向电极方向迁移，污染物通过在电极表面得失电子得到转化或去除。然而，当前电解设备电解过程会产生大量的水解气体(例如氧气和氢气)，需配置复杂的安全设备对气体进行安全排放。并且当前电解设备处置污染物废液效率低，功能较为单一。例如，利用现有电解设备电解饱和氯化钠溶液只能实现将氯离子迁移至阳极然后转化为氯气，再通过将氯气导入烧碱中制备。这种方法氯气利用率低，电解过程产生的氯气与烧碱无法充分混合反应，制备的次氯酸钠有效态氯含量低，且电解过程产生的氧气没有得到充分利用，需要外源加烧碱提供次氯酸钠中的氧。再例如，利用现有电解设备处置含盐有机废液，可以通过电迁移作用实现无机盐份的有效转移和浓缩，但无法有效同时去除废液中的有机污染物。并且电解过程盐分中的氯离子在阳极氧化产生的氯气需要额外处置。再例如，在利用现有电解设备处置含含硫酸废液时，可实现硫酸根在阳极富集，但无法实现将硫酸根还原转化为单质硫。因此，基于上述问题分析，若能研发一种新型电解设备，能实现不同目标功能且实现对电解过程产生的气体进行循环利用对解决上述行业问题具有重要意义。

技术实现思路

[0010]专利技术目的：为了解决现有技术存在的问题，本专利技术的第一目的是提供一种电解设备。本专利技术的第二目的是提供该设备在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中的应用。本专利技术的第三目的是提供该设备在净化有机废液中的应用。本专利技术的第四目的是提供该设备在利用硫酸废液制备单质硫中的应用。
[0011]技术方案：本专利技术所述一种电解设备，该电解设备包含电解槽、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽包括第一电极区、高压电区和第二电极区；所述第一电极区设有氢气排气口、第一电极和溶液进口；所述高压电区从上至下依次设有高压线、高压电极套和接地电极，所述高压电极套内部从上至下依次设有高压冒、高压电极和曝气头；所述第二电极区设有连接接气管的出气口和第二电极；所述出气口通过接气管与高压电极套内部相连通，所述高压线与低温等离子放电电源的高压接口连接，所述接地电极通过接地线与低温等离子体电源的接地端口连接。
[0012]进一步地，所述第一电极区为阴极区，所述第二电极区为阳极区，所述第一电极为阴极电极，所述第二电极为阳极电极，所述阴极电极带有阴极导线，所述阳极电极带有阳极导线，所述阴极导线与直流电源的阴极接口连接，所述阳极导线与直流电源的阳极接口连接。
[0013]进一步地，所述的阴极电极与高压电极套之间设有阳离子交换膜，所述阳极电极
与高压电极套之间设有阴离子交换膜，所述阴极区设有阴极液出口，所述接地电极与阳极电极之间设有溶液出口，所述阳极区设有阳极液出口。
[0014]进一步地，所述第一电极区为阳极区，所述第二电极区为阴极区，所述第一电极为阳极电极，所述第二电极为阴极电机，所述阳极电极带有阳极导线，所述阴极电极带有阴极导线，所述阳极导线与直流电源的阳极接口连接，所述阴极导线与直流电源的阴极接口连接，所述阳极电极与接地电极之间设有阳极搅拌器，所述接地电极与阴极电极之间设有阴极搅拌器，所述接地电极与阴极搅拌器之间设有浆液出口。
[0015]进一步地，所述高压电极套(15)厚度为0.5～2.5cm,所述高压电极套(15)选材为陶瓷或石英玻璃，所述高压电极套(15)的内圈面与高压电极(3)的外圈面垂直距离为5～15mm；所述曝气头(5)曝气孔径0本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种电解设备，其特征在于，该电解设备包含电解槽(10)、直流电源和低温等离子体放电电源；所述电解槽(10)包括第一电极区、高压电区和第二电极区；所述第一电极区设有氢气排气口(16)、第一电极和溶液进口(11)；所述高压电区从上至下依次设有高压线(9)、高压电极套(15)和接地电极(4)，所述高压电极套(15)内部从上至下依次设有高压冒(8)、高压电极(3)和曝气头(5)；所述第二电极区设有连接接气管(14)的出气口(13)和第二电极；所述出气口(13)通过接气管(14)与高压电极套(15)内部相连通，所述高压线(9)与低温等离子放电电源的高压接口连接，所述接地电极(4)通过接地线与低温等离子体电源的接地端口连接。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电极区为阴极区，所述第二电极区为阳极区，所述第一电极为阴极电极(1)，所述第二电极为阳极电极(2)，所述阴极电极(1)带有阴极导线(6)，所述阳极电极(2)带有阳极导线(7)，所述阴极导线(6)与直流电源的阴极接口连接，所述阳极导线(7)与直流电源的阳极接口连接。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述的阴极电极(1)与高压电极套(15)之间设有阳离子交换膜，所述阳极电极(2)与高压电极套(15)之间设有阴离子交换膜，所述阴极区设有阴极液出口，所述接地电极(4)与阳极电极(2)之间设有溶液出口，所述阳极区设有阳极液出口。4.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述第一电极区为阳极区，所述第二电极区为阴极区，所述第一电极为阳极电极(2)，所述第二电极为阴极电机(1)，所述阳极电极(2)带有阳极导线(7)，所述阴极电极(1)带有阴极导线(6)，所述阳极导线(7)与直流电源的阳极接口连接，所述阴极导线(6)与直流电源的阴极接口连接，所述阳极电极(2)与接地电极(4)之间设有阳极搅拌器，所述接地电极(4)与阴极电极(1)之间设有阴极搅拌器，所述接地电极(4)与阴极搅拌器之间设有浆液出口。5.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述高压电极套(15)厚度为0.5～2.5cm,所述高压电极套(15)选材为陶瓷或石英玻璃，所述高压电极套(15)的内圈面与高压电极(3)的外圈面垂直距离为5～15mm；所述曝气头(5)曝气孔径0.1～200μm，所述曝气头(5)孔隙度35％～75％。6.权利要求2所述的设备在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中的应用。7.根据权利要求6所述的应用，其特征在于，包括以下步骤...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄涛，宋东平，周璐璐，张树文，徐娇娇，
申请(专利权)人：常熟理工学院，
类型：发明
国别省市：