一种多级并联旋转电极的电化学反应装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种多级并联旋转电极的电化学反应装置，属于电化学反应技术领域，能够强化电化学反应，提高反应速率和效率，节省电解能耗，还能够提高电解产物的均一化和稳定化；该装置包括电解槽、导电滑环、若干电极、外部电源、转轴和动力设备；所述导电滑环设于所述电解槽的内顶部，所述导电滑环与所述外部电源电性连接；所述若干电极采用阴极电极与阳极电极间隔交替的排列方式等间距的固定在所述转轴上；所述转轴与所述动力设备连接，在所述动力设备作用下实现转动；每个所述电极上均设有若干孔隙；所有阴极电极彼此电性连接，所述阳极电极彼此电性连接，并均与所述导电滑环电性连接。接。接。

【技术实现步骤摘要】
一种多级并联旋转电极的电化学反应装置


[0001]本专利技术涉及电化学反应
，尤其涉及一种多级并联旋转电极的电化学反应装置。

技术介绍

[0002]在高速离心场中，液体表面张力的作用变得相对微不足道，液体在巨大剪切力作用下产生出巨大的相间接触面积，因此极大地提高传递速率系数。这将有利于促进电化学反应过程中溶液中离子的传质，缩短电化学反应时间，提高电化学反应效率。同时，气泡的相间浮力也得到大幅度提高，这将有利于气泡快速析出，从而使电极表面的相间接触面积增大，表面更新速度加快，电极电势和槽电压降低，从而达到降低能耗的目的。
[0003]近年来，利用离心强化的方法来提升工业电化学受到国内外学者的广泛关注。比如：Eftekhari等(Microelectron.Eng.2003,69,17
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25)在硅基体上电沉积铜膜，沉积相同厚度的铜膜时，高速离心条件下相比常重力条件下沉积的时间短，沉积速率快，并且铜膜的致密性和导电性更为优越；王明涌(物理化学学报，2009，25(05)：883
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889)在对含铅废水电化学处理过程中，发现高速离心场在增强Pb
2+
电沉积的同时，可更为明显地抑制析氢副反应的发生；Cheng等(J.Electrochem.Soc.2002,149,D172
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D177)使用改进过的离心机发现在高速离心场中氯碱电解和水电解反应的极化电流密度增大，极化过电位显著降低。
[0004]但目前离心强化电化学装置难以进行放大和工业应用。王明涌(CN101560674A，2009)专利技术了实验型的离心强化冶金电化学装置，实现了电极表面观测、反应器温度精确控制和气体连续在线采集等功能，但无法实现电解液的连续循环和产物的在线收集，仅能间歇操作。刘有智(CN101787555A，2010)专利技术了一种连续操作的多级同心圆筒式电解反应装置，可以进行液相的连续输入和输出，但该装置仅适用于有机废水的电解处理，不能对固态电解产物进行在线的连续收集。李成威(CN103276412A，2013)设计了一种用于制备金属铜粉的阴极旋转式电解机，采用废紫铜粒做阳极，不锈钢圆盘作阴极，通过集电器和导电转轴进行电流的输送，大电流传输困难，且该设备只局限于粗铜电解精炼制金属粉，功能比较单一，不能对电解产物进行在线收集。赵业伟(CN204138396U，2015)研制了一种用于金属废液处理的旋转电极电解装置，电解液可连续循环，但仅能设置一对阴阳极，电解槽空间利用率低，且无法满足电解产物的在线收集。王明涌(CN107326403A，2017)专利技术了一种连续式离心电化学反应装置，可实现电解液连续循环，电解产物能够连续在线收集，但是其电极组采用双极式串联连接，难以精准调控每级电极的电压和电流分布，因此产物性能和电解效率控制不均一，且未明确电极结构，无法对电解产生气泡的实时自然分离进行有效控制，无法进行大电流、长周期电化学反应。
[0005]因此，有必要研究一种多级并联旋转电极的电化学反应装置来应对现有技术的不足，以解决或减轻上述一个或多个问题。

技术实现思路

[0006]有鉴于此，本专利技术提供了一种多级并联旋转电极的电化学反应装置，能够强化电化学反应，提高反应速率和效率，节省电解能耗，还能够提高电解产物的均一化和稳定化。
[0007]本专利技术提供一种多级并联旋转电极的电化学反应装置，所述装置包括电解槽、导电滑环、若干电极、外部电源、转轴和动力设备；
[0008]所述导电滑环设于所述电解槽的内顶部，所述导电滑环与所述外部电源电性连接；
[0009]所述若干电极采用阴极电极与阳极电极间隔交替的排列方式等间距的固定在所述转轴上；相邻两电极间距1
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10cm；所述转轴与所述动力设备连接，在所述动力设备作用下实现转动；
[0010]每个所述电极上均设有若干孔隙；
[0011]所有阴极电极彼此电性连接，所述阳极电极彼此电性连接，并均与所述导电滑环电性连接。
[0012]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所有阴极电极彼此电性连接和所述阳极电极彼此电性连接的具体方式均为：采用集流导电杆进行连接；
[0013]所述集流导电杆包括金属导电柱和若干金属编织带，采用金属编织带包裹和/或缠绕的方式将对应的电极固定在所述金属导电柱上。
[0014]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极整体呈圆形，所述电极的一侧设有突出位，相同极性的电极的突出位设置在同一侧；所述突出位上设有过孔，所述金属导电柱穿设在所述过孔中，所述金属编织带采用包裹和/或缠绕的方式将所述突出位和所述金属导电柱固定连接。
[0015]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述转轴的顶端通过万向节与所述动力设备连接。
[0016]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述动力设备为电机。
[0017]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极为圆环式电极或扇叶式电极；
[0018]所述圆环式电极的结构具体为：所述电极包括依次设置的内环区域、中环区域和第一外环区域，所述中环区域设有若干均匀排布的孔隙；
[0019]所述扇叶式电极的结构具体为：所述电极包括依次设置的内环区域和第二外环区域，所述第二外环区域开设有若干由内向外的射线形缝隙，所述射线形缝隙将所述第二外环区域分割为若干扇叶结构，所述扇叶结构外弧与所述电极内环区域所在平面呈0
‑
30
°
的夹角。
[0020]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，内环区域半径R2与第一外环区域的半径R1之比为1:1.1～1:10。
[0021]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述中环区域中的孔隙具体为扇形孔隙或圆形孔隙。
[0022]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，孔隙为扇形
孔隙时，内外环由对称分布的横梁(即非孔隙区域)连接，横梁数目2
‑
8，优选4
‑
6；
[0023]孔隙为圆形孔隙时，圆形孔隙半径R3与第一外环区域的半径R1之比为1:2～1:20，优选1:4～1:6；圆形孔隙数目4
‑
12，优选6
‑
8。
[0024]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述电极和所述转轴的连接方式是：通过固定件进行连接；所述固定件包括筒状的纵向部和环状的横向部；所述纵向部套设在所述转轴上并采用螺栓实现两者固定；所述横向部与所述电极平行且接触，并用螺栓和螺母实现两者固定。
[0025]如上所述的方面和任一可能的实现方式，进一步提供一种实现方式，所述导电滑环包括静止端和旋转端，所述静止端与所述电解槽的顶部固定连接，所述旋转端本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种多级并联旋转电极的电化学反应装置，其特征在于，所述装置包括电解槽、导电滑环、若干电极、外部电源、转轴和动力设备；所述导电滑环设于所述电解槽的内顶部，所述导电滑环与所述外部电源电性连接；所述若干电极采用阴极电极与阳极电极间隔交替的排列方式等间距的固定在所述转轴上；相邻两电极间距1
‑
10cm；所述转轴与所述动力设备连接，在所述动力设备作用下实现转动；每个所述电极上均设有若干孔隙；所有阴极电极彼此电性连接，所有阳极电极彼此电性连接，阴阳两极的电极分别与所述导电滑环电性连接。2.根据权利要求1所述的多级并联旋转电极的电化学反应装置，其特征在于，所述电极为圆环式电极或扇叶式电极；所述圆环式电极的结构具体为：所述电极包括依次设置的内环区域、中环区域和第一外环区域，所述中环区域设有若干均匀排布的所述孔隙；所述扇叶式电极的结构具体为：所述电极包括依次设置的内环区域和第二外环区域，所述第二外环区域开设有若干所述孔隙，所述孔隙为由内向外的射线形缝隙，所述射线形缝隙将所述第二外环区域分割为若干扇叶结构，所述扇叶结构外弧与所述电极内环区域所在平面呈0
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30
°
的夹角。3.根据权利要求2所述的多级并联旋转电极的电化学反应装置，其特征在于，所述圆环式电极上的所述孔隙为扇形孔隙或圆形孔隙。4.根据权利要求2所述的多级并联旋转电极的电化学反应装置，其特征在于，所述圆环式电极的内环区域的半径R2与第一外环区域的半径R1之比为1:1.1～1:10。5.根据权利要求3所述的多级并联旋转电极的电化学反应装置，其特征在于，所...

【专利技术属性】
技术研发人员：王明涌，钟怡玮，
申请(专利权)人：北京科技大学，
类型：发明
国别省市：