用于电解氯化过程的电解器和自清洁的电解氯化系统技术方案

本发明专利技术涉及氯化电解器，包含提供有适合于盐水循环的入口和出口的壳体；至少一对彼此面对并置于所述壳体内的双极性电极。电解器特征在于所述至少一对的每个双极性电极包含：阀金属基材；在所述基材上设置的包含至少一个含钌和钛的催化组合物的层的活性涂层；置于所述活性涂层上方的顶涂层，其包含至少一个含钽、铌、锡的氧化物或其组合的组合物的层。本发明专利技术还涉及包含这样电解器的自清洁的电解氯化系统，其生产方法，其在次氯酸盐介导的水消毒的正常和低盐度池中的用途和次氯酸盐介导的水消毒的方法。方法。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于电解氯化过程的电解器和自清洁的电解氯化系统


[0001]本专利技术涉及在极性反转条件下操作的氯化电解器，其生产方法和自清洁的电解氯化系统。

技术介绍

[0002]电解氯化方法在于通过电解反应在盐水中生产次氯酸。所得次氯酸钠可用在涉及水消毒和氧化例如饮用水、游泳池的水处理或冷却塔中微生物控制的各种应用中。
[0003]次氯酸钠对细菌、病毒和真菌有效并具有微生物对其效果不可产生抗性的优势。
[0004]与可加入水以实现类似结果的氯气或片剂相反，在电解氯化方法中活性材料原位生产，因此避免运输、环境和/或储存问题。根据应用，通过向电解槽施加合适的电流来进行该方法，所述电解槽包含至少两个电极和含有盐水即盐和水以不同浓度的混合物的电解质。电化学反应的结果是产生次氯酸钠和氢气。
[0005]在过去，提供有含阀金属和贵金属(特别是来自铂族的稀有过渡金属)混合物的活性涂层组合物的钛电极已成功用作这些类型槽中的阳极。然而，随时间的推移，电极在其活性表面上出现锈皮，这不利地影响槽的次氯酸生产效率。
[0006]为了防止/减小锈皮的形成，可向电极施加周期性极性反转从而促进它们的自清洁。反转极性也减小电极之间的离子桥连，并可防止不均匀的电极磨损。
[0007]在极性反转条件下，其中每个电极交替工作作为阴极和作为阳极，在几个反转循环之后在活性涂层组合物中偶然使用的一些元素变得不稳定并溶解在电解质中，从而导致不足的电极寿命。
[0008]通常，极性反转对于电极的活性涂层是有害操作，快速引起了其由于分层而失活。
[0009]为了减少这些问题，需要提供在极性反转条件下以比每个电极仅作为阳极或阴极工作时高得多的涂层负载使用的双极性电极。通常，电极耐久性取决于极性反转频率和涂层负载。
[0010]提高涂层负载在材料量和冗长的生产过程方面不利地影响电极的成本。此外，因为许多活性涂层组合物依赖于呈现出稀缺可得性的稀有过渡金属，所以提高的负载量也使任何采购相关问题恶化。
[0011]期望具有自清洁电极用于电解氯化系统，其在广泛的可能应用和操作条件下表现出改进的寿命和效率，并可能维持减小的生产成本。此外，期望在正常和低盐度池即在盐水平等于或小于6g/l的池中(通常在低盐度应用中0.5
–
2.5g/l NaCl和在正常盐度应用中2.5
‑
4g/l NaCl)使用这样的电解氯化系统。
[0012]国际专利申请WO 2019/215944 A1描述了用于产生臭氧的电解器，其配备有具有厚的介电表面层的电极以提高在中间层的集中的贵金属位点产生氧的过电势。这些电极既不适合于生产氯也不适合于在极性反转条件下操作。

技术实现思路

[0013]本专利技术涉及氯化电解器，包含壳体和至少一对彼此面对并置于所述壳体内的双极性电极，所述壳体提供有适合于盐水循环的入口和出口。每个双极性电极包含：(i)阀金属基材；(ii)在所述基材上设置的活性涂层，其包含至少一个含钌和钛的催化组合物的层；(iii)顶涂层，其包含至少一个含钽、铌、锡的氧化物或其组合的组合物的层并置于所述活性涂层上方。
[0014]在另一方面，本专利技术涉及自清洁的电解氯化系统，包含：(i)以上描述的氯化电解器；(ii)在所述电解器内循环的电解质，其包含1
‑
30g/l NaCl盐水溶液；(iii)用于将与其电连接并置于电解器的壳体外部的双极性电极对的极性进行周期性反转的电子系统。
[0015]在另一方面，本专利技术涉及制造根据本专利技术的氯化电解器的方法。
[0016]在另一方面，本专利技术涉及以上描述的氯化电解器用于次氯酸盐介导的水消毒的正常和低盐度池中的用途。
[0017]在又一方面，本专利技术涉及在极性反转条件下使用以上描述的氯化电解器用于次氯酸盐介导的水消毒方法。
具体实施方式
[0018]在一方面，本专利技术涉及氯化电解器，其包含：
[0019]壳体，其提供有适合于盐水循环的入口和出口以及至少一对彼此面对并置于所述壳体内的双极性电极，其中所述一对中的每个双极性电极包含：(i)阀金属基材；(ii)在所述基材上方设置的活性涂层，其包含至少一个含钌和钛的催化组合物的层；(iii)置于所述活性涂层上方的顶涂层，其包含至少一个含钽、铌、锡的氧化物或其组合的组合物的层。
[0020]至少一个包含钌和钛的催化组合物的层在其电性质方面是基本上均匀的层。至少一个催化组合物的层也在其形态性质方面是均匀的并基本上构成包含钌和钛的固溶体，优选均匀固溶体，其中金属主要是氧化物，即氧化钌和氧化钛。
[0021]根据本专利技术的氯化电解器可用于各种应用中的次氯酸盐介导的水消毒，例如池塘、废水消毒(例如城市水处理、黑水和灰水处理、海水氯化
…
)。
[0022]其可有利地在极性反转条件下操作，由此确保电极的自清洁并避免锈皮的形成。
[0023]所述对中的每个电极可在一侧或两侧上涂覆。按照惯例，应布置两个相对的电极从而具有彼此面对的涂覆侧。
[0024]氯化电解器可包含多个双极性电极对，从而产生基本上彼此平行布置的涂覆电极的堆叠。
[0025]应设计壳体从而允许(一个或多个)双极性电极对与外部发电机电连接。如本领域公知的，发电机可有利地配备有以预设频率(通常在30min
‑
10小时的范围内，其取决于应用和操作条件例如水污染物和水硬度)反转电极极性的系统。
[0026]阀金属基材可具有本领域通常使用的任何几何形状，例如但不限于：板坯、穿孔板、网、百叶窗。优选地，出于其耐久性、成本和容易表面制备，由钛制成基材。
[0027]在施涂活性涂层之前，应优选清洁、喷砂和蚀刻基材以确保适当的附着。
[0028]活性涂层可使用辊涂布器、刷涂和喷射技术直接设置在阀金属基材上方。或者，要求保护的专利技术允许中间涂层插在基材和活性涂层之间，例如以改进活性涂层的附着。在这
种情况下，后者应仍考虑被设置在基材上方，尽管是间接的。
[0029]在一种实施方案中，根据本专利技术的氯化电解器的催化组合物包含25％
‑
45％钌和55％
‑
75％钛，关于元素以重量百分比表示。
[0030]在另一实施方案中，催化组合物可任选包含2％
‑
5％的选自以下的掺杂元素：钪、锶、铪、铋、锆、铝、铜、铑、铱、铂、钯和它们的相互组合。这些掺杂剂可有利地有助于改进的寿命和氯化电解器的游离可得氯效率。
[0031]在根据任何以上实施方案的活性涂层上(组合或单独地)施涂钽、铌或锡氧化物的绝缘顶涂层对于电极的给定寿命目标而言允许减小Ru的负载至多38％，而没有影响效率。
[0032]Ru负载的减少提供显著优势，因为其稀缺性和随之而来的采购和成本问题，尤其是与本专利技术的顶涂层组合物中使用的金属氧化物相比。
[0033]专利技术人发现了氧化锡的顶涂层在实施本专利技术中工作特别好，因为相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.氯化电解器，包含：
‑
提供有适合于盐水循环的入口和出口的壳体；
‑
彼此面对并置于所述壳体内的至少一对双极性电极；特征在于所述至少一对中的每个双极性电极包含：
‑
阀金属基材；
‑
在所述基材上方设置的活性涂层，其包含至少一个含钌和钛的催化组合物的层；
‑
置于所述活性涂层上方的顶涂层，其包含至少一个含钽、铌、锡的氧化物或其组合的组合物的层。2.根据权利要求1所述的氯化电解器，其中所述催化组合物包含25％
‑
45％钌和55％
‑
75％钛，关于元素以重量百分比表示。3.根据权利要求2所述的氯化电解器，其中所述催化组合物还包含2％
‑
5％的选自以下的掺杂元素：钪、锶、铪、铋、锆、铝、铜、铑、铱、铂、钯和它们的相互组合。4.根据权利要求1
‑
3中任一项所述的氯化电解器，其中所述活性涂层具有1
‑
30g/m2的钌负载量。5.根据权利要求1
‑
4中任一项所述的氯化电解器，其中所述顶涂层由氧化锡组成。6.根据权利要求1
‑
5中任一项所述的氯化电解器，其中所述顶涂层具有0.5
‑
7微米的厚度。7.根据权利要求1
‑
6中任一项所述的氯化电解器，其中所述顶涂层具有2
‑
6g/m2的总负载量。8.根据权利要求1
‑
7中任一项所述的氯化电解器，其中所述阀金属基材是钛。9.自清洁的电解氯化系统，包含：
‑
根据权利要求1
‑
8中任一项的氯化电解器；
‑
在所述氯化电解器内循环的电解质，其包含1
‑
30g/l NaCl盐水溶液...

【专利技术属性】
技术研发人员：A，
申请(专利权)人：德诺拉工业有限公司，
类型：发明
国别省市：