用于反应器的双极电解槽制造技术

一种用于反应器的双极电解槽，用于处理诸如废水和污水的电解液或者用于电合成，所述双极电解槽包括端电极和位于其间的至少一个双极电极。所述双极电极或者每个双极电极均包括金刚石片。电解槽在每个端电极和毗邻的金刚石片之间包括例如间隔件、塑料棒的栅格、或者编织网形式的多孔支撑结构，在一对或没对毗邻的金刚石片之间设置有多孔支撑结构，所述支撑结构用于接触或者支撑所述金刚石片或者每个金刚石片。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】用于反应器的双极电解槽
本专利技术涉及一种用于反应器的双极电解槽。
技术介绍
掺硼金刚石（BDD）凭借其化学惰性和宽电位窗而用于电化学产生氧化制品。另外，金刚石因其卓越的导热性和硬度而著称。已经在例如EP0659691和US5399247中描述了固体并且带涂层的掺硼金刚电极石在电化学系统中的应用。这些专利描述了在电化电解槽中使用导电金刚石电极。众所周知，电化学反应表面的面积确定了氧化制品的生产率（mol/s）。在WO2008/029258中，双极电解槽被描述为具有这样的优点，即，中间电极同时起到阳极和阴极的作用，从而与标准构造中一次操作相比，所述电极的工作面积有效地扩大一倍。通过化学气相沉积（CVD）制成的掺硼金刚石通常以每小时若干或几十微米的相对较低的速率生长。制造处理需要与待涂敷的面积成比例的资金支出和电力消耗。因此，较之更薄的层，生产较厚的层成比例地较为昂贵。更重要的是，每单位体积的金刚石的成本基本集中在一下限，而与制造规模无关。因此，对于成本效益较高的掺硼金刚石电极电化电解槽而言，要求相对于电解槽的体积最大化其工作表面面积。金属电极上的通常几十微米厚的掺硼金刚石薄涂层看起来满足这种要求。此外，金属电极还提供了抵抗变型和断裂的结构。也可以认为高导电性金属衬底上的掺硼金刚石涂层的电阻将低于相等厚度的独立金刚石层的电阻。然而，尽管拥有这些优势，由于在涂层中存在破坏气密密封的缺陷，金属衬底易于受到氧化制品的腐蚀。基于以下原因，更厚的层不能成为解决方案：1.仍然不能保证消除缺陷，尤其在角部/边缘部处；2.增大的应力/失配（mismatch）应力增大了涂层分层或者应力性断裂的可能性；3.生产更厚的层（两侧）的额外支出。因此，自由侧（free-side）掺硼金刚石电极是涂层电极的更为坚固耐用的替代方案，原因在于，它们不易于氧化失效。独立（free-standing）掺硼金刚石电极的一个重要缺陷是它们相对欠佳的抗断裂性。尽管高质量的掺硼金刚石能够具有通常超过300MP的强度，但是它是对不良机械负荷相对敏感的脆性材料。在WO2008/029258中描述的双极电解槽中，中心电极在边缘部处由挠性材料支撑。这样，从源自机械负荷的应力计算的角度来看，电极可视为被简单的支撑。在由均质材料构成并且承受不均匀负荷的简单支撑的盘中的最大拉伸应力σmax产生在盘的中心，并且能够由以下方程计算得出：σmax=3wR2（3+v）/8t2方程1其中，w是以帕为单位的负荷，R是以m为单位的盘的半径，v是泊松比，t是以m为单位的盘的厚度。所述方程表明对于给定负荷，层中的应力与无支撑跨度的平方成正比，并且与厚度的平方成反比。概略地，这意味着如果电极的跨度增大一倍，则电极的厚度必须也增大一倍，以保持恒定应力。因为以下因素此解决方案较为复杂。1.金刚石在生长表面上的断裂应力随着层厚度的增大而减小。这是由于金刚石的强度由特征瑕疵的大小所控制；在这种情况下，为晶粒大小。因为生长面上的晶粒大小大致与厚度成比例增加，因此，破坏应力对应地下降；2.金刚石的断裂应力围绕统计平均值分布。威布尔模数术语（Weibullmodulusterm）描述了断裂应力的这种分布：更高的威布尔模数限定了更紧密的断裂应力分布。然而，断裂应力取决于区域，并且更大的电极从统计上更可能包含将在低应力水平下发生断裂的区域。这两个因素所导致的后果是，更大直径的独立层将需要厚度不相称地增大，以保持机械强固性，从而导致额外的成本。有效电化电解槽的设计中的另一个关键因素是最优化电极之间的间隔。减小电极间距能够具有提高电解槽功率效率的优势。这是因为更小的间距在电解槽操作期间减小了电解液的电阻率并且对应地降低了欧姆损耗。在WO2008/029258中，电解槽构造成与每个电极相联的一系列板或层中。尽管这种设计具有模块化构造的优点，但是对电极间隔仍存在实际限制，原因在于每块板必须包括用于电解液的供给槽、用于电极自身的支撑结构和某些形式的密封材料。最佳地，这种构造方法允许电极间隔减小，而不受诸如最小实际板厚度的因素的影响。最后，有利的是具有最高的成本效益，电化电解槽（electrochemicalcell）应当构造简单，并且能够以较低的成本制造。问题总结如下：1.较薄的掺硼金刚石电极易于发生机械断裂2.较厚的电极的制造成本过高3.电极间距的实际下限高于最优值4.电解槽中不充分的湍流降低了电极表面处的质量输送率。根据本专利技术的一个方面，提供一种用于反应器的双极电解槽，所述双极电解槽用于处理包括废水和污水的电解液或者用于电合成，这种电解槽包括端电极和位于端电极之间的至少一个双极电极，所述双极电极或者每个双极电极包括金刚石片，所述电解槽包括位于每个端电极和毗邻的金刚石片之间的多孔支撑结构，并且在设置有多于一片的金刚石片的情况下，多孔支撑结构位于一对或者每对毗邻的金刚石片之间，所述支撑结构用于接触并且支撑所述金刚石片或者每片金刚石片。因此，多孔支撑结构形成夹层，以支撑所述金刚石片或者每片金刚石片，由此降低了发生机械断裂的风险并且使得能够使用更薄的金刚石电极。在毗邻的成对电极之间设置支撑结构确保电极间隔开，并且由此降低了电极间距的实际下限。支撑结构的多孔性增强了电解槽中的湍流，这提高了电极表面处的质量输送率。每个支撑结构均优选地具有弹性。以这种方式，能够吸收机械应力。每个支撑结构均包括网或者毡。在另一个实施例中，每个支撑结构均包括被贯通槽穿透的主体。在又一个实施例中，每个支撑结构均包括棒的栅格。所述栅格可以布置成使得棒相对于通过电解槽的流动方向成锐角。这改进了湍流。每个支撑结构均可以由任何适当的材料制成，并且例如可以由耐腐蚀塑料材料（例如PP、PVDF或者PTFE）制成。支撑结构可以具有随机或者系统布置的孔。在一个实施例中，支撑结构的孔的尺寸从电解槽的入口至出口减小。以这种方式，允许粗颗粒穿过电解槽逐渐迁移至逐渐变细的颗粒。根据本专利技术的另一个方面，提供一种用于反应器的电极电解槽，用于处理包括废水和污水的电解液或者用于电合成，所述电解槽包括电解槽主体和盒，所述盒包括多个金刚石电极片，所述金刚石电极片相互间隔开布置成堆，所述盒通过弹性装置安装在电解槽主体中，所述弹性装置布置成弹性地吸收垂直于电极片的运动。通过在能够安装在电解槽主体中的盒中形成电极，简化了制造。盒的弹性安装允许电解槽因在操作期间发生的热膨胀或者其它应力源的作用而扩展和收缩。这在所使用的金刚石片相对较薄的情况下尤为重要。弹性装置可以包括至少一个弹簧。所述弹簧或者每个弹簧可以呈任何适当的形式，但是在优选的实施例中，弹性装置包括至少一个螺旋弹簧。所述弹簧或者每个弹簧可以具有适当的长度，但是在优选的实施例中，所述弹簧或者每个弹簧使得所述弹簧或者每个弹簧布置成在正常使用中运动不超过其可用运动的10%。以这种方式，弹簧保持盒上的恒定负荷。所述弹簧或每个弹簧可以使得所述弹簧或每个弹簧布置成在正常使用期间运动不超过其可用运动的5%。优选地，弹性装置包括多个弹簧。弹性装置可以位于堆的仅一侧上，但是优选地是设置在堆的两侧。可以以任何适当的方式安装电极片。电极片可以通过它们之间的间隔装置间隔开。电极片可以通过约束（tie）装置一起安装在盒中。约束装置可以呈任何本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2010.10.14 GB 1017346.61.一种用于反应器的双极电解槽，所述双极电解槽包括两个结合的端电极组件和位于所述两个结合的端电极组件之间的至少一个双极电极，每个结合的端电极组件均由使用导电粘合剂、焊料或黄铜附接到金属背板的掺硼金刚石电极构成，所述双极电极或者每个双极电极包括金刚石片，所述双极电解槽在每个端电极组件和相邻的双极电极之间包括多孔支撑结构，并且，在设有多于一个双极电极的情况下，在一对或每对相邻的双极电极之间设置有多孔支撑结构，所述多孔支撑结构用于接触并且支撑所述或每个双极电极，其中，所述多孔支撑结构形成夹层，以支撑所述双极电极或者每个双极电极，并且，其中，所述多孔支撑结构在足够多的点处支撑所述双极电极或者每个双极电极，以克服所述双极电极或者每个双极电极在使用过程中在断裂处附近发生偏斜。2.根据权利要求1所述的双极电解槽，其中，每个多孔支撑结构均具有弹性。3.根据权利要求2所述的双极电解槽，其中，每个所述多孔支撑结构均包括网或者毡。4.根据权利要求1或2所述的双极电解槽，其中，每个所述多孔支撑结构均包括由贯穿通道穿透的主体。5.根据权利要求1或2所述的双极电解槽...

【专利技术属性】
技术研发人员：J·布莱顿，P·卡伦，
申请(专利权)人：六号元素有限公司，
类型：
国别省市：