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1、电解海水或盐水制消毒剂 次氯酸钠发生器的基本知识次氯酸钠发生器实例研究 次氯酸钠发生器的应用范围 1 消毒 次氯酸钠是一种消毒剂 用于消毒和抑制藻类的生长 1 用于饮用水消毒 2 用于医院污水的处理 3 用于餐具 用具 蔬菜 水果等消毒 4 用于游泳池水的消毒 5 发电厂等冷却水中投加次氯酸钠以抑制藻类生长 2 对电镀含氰化物的废水处理3 降低BOD 4 除色除味 5 漂白 造纸 印染 纺织等部门可用次氯酸钠作为漂白液使用 其效果等同于液氯或漂白粉 次氯酸钠消毒的优点 1 投资少 运转费用低 2 使用安全 3 消毒效果好 4 具有余氯效应 5 操作简便 使用方便 工作原理 1 原理 包括电解反
2、应和溶液反应 阳极反应 2C1 2e Cl2 阴极反应 2H 2e H2 水解反应 Cl2 H2O HClO HCl 总反应 NaC1 H2O 2F NaC1O H2 式中 F为法拉第常数 其数值为96500C或26 8A h 所以 在理论上通过1A电流每小时能产生1 39g的NaC1O 2 副反应特别是电解电压过高及电解液中杂质过多时 付反应将严重影响电解槽的正常工作并大大降低电流效率 阳极可能发生的副反应 析氧反应 4OH 一4e O2 2H2O 次氯酸根彼氧化生成氯酸及盐酸 12C1O 十6H2O 12e 4HCIO3 8HC1 3O2 阴极可能发生的副反应 结垢 主要是电解液中的Ca2
3、 Mg2 Ba2 等离子得到电子被还原而形成结垢 次氯酸根的还原 ClO 2H 2e C1 H2O主次反应之间的关系与电极电位 电流密度 电极材料 电解槽内传质条件及温度变化等有关 现场制备次氯酸钠的主要设备包括 盐水制备装置 盐水处理装置 根据需要 电解槽 冷却装置 电解槽出水处理系统 盐水及次氯酸钠收集罐 整流器 开关控制箱 次氯酸钠的现场制备系统 常见的制备系统包括 1 SANILEC系统 2 CLOR TEC标准系统 3 W T公司的OSEC系统 4 DeNoraSeador系统 1 SANILEC系统 2 CLOR TEC标准系统 3 OSEC系统 电解槽的类型 1 膜电解槽 膜电解
4、槽的优势 阴阳极板的截距可以很小 可提高电流效率 减少多个电解槽并列时占用的空间 可以避免部分可能发生的副反应 可以减少对阴极板的腐蚀常用的隔膜有 Nafion膜 全氟磺酸膜 全氟羧酸膜 2 电催化开放式电解槽 开放式电解槽最大的优点就是连续的水流可带走海水或盐水中所含的不溶性离子形成的沉淀 电极材料 阴极材料通常包括不锈钢 钛板 钛基镀镍阴极 镍基合金等 阳极材料则有Pt Ti Pt Nb Pt Ta 金属氧化物 银 铜 镍 高强度耐蚀镍铜合金 各类DSA电极等 DSA DimensionalStableAnode 电极了以钛为基体 表面涂敷铂族金属或其氧化物材料制成的电极 为其对析氯反应具
5、有良好的电催化活性 机械稳定性和化学稳定性 DSA电极由一元涂层 如Ti PdO Ti RuO2 Ti Pt Ti IrO2等 向多元涂层 如Ti IrOx TiO2 Ti RuO2一TiO2 Ti IrOx RuO2一TiO2等 发展 一元涂层往往难以兼顾催化活性及耐腐蚀性 而多元涂层电极的催化活性和耐腐蚀性较一元组分有显著提高 主要技术参数和技术经济指标 1 基本运行技术参数 1 额定电解电压 一般额定电解电压为3 5V 单级 2 额定电解电流 3 额定产率 单位为g h G C Q式中C 次氯酸钠浓度g LQ 每小时电解液流量 L h 4 电解液浓度 每升电解液中含固体食盐的克数 g L
6、 表示 一般为3 5 5 盐水消耗量 L h 6 电源电压 频率 一般为220 380V 10 50Hz土2 7 设备外形尺寸和安装尺寸 8 使用的环境温度和湿度 环境温度一般为0 40 相对湿度为 90 20 时 9 次氯酸钠溶液温度 一般 40 2 技术经济指标 1 直流电耗 次氯酸钠发生器的直流电耗是每生成1kg次氯酸钠在电解槽中消耗的直流电能值 单位为kwh kgNaCIO 计算公式为 2 交流电耗 次氯酸钠发生器的交流电耗是每生产1kg次氯酸钠 设备所消耗的交流电能 数值等于设备电源输入有功功率与次氯酸钠产率之比 单位为kWh kg Cl2 计算公式为 式中 Pi 输入有功功率 可以
7、为输入有功功率表读数 一般交流电耗为6 10kwh kg Cl2 即每生产1kgNaClO交流电耗为6 10千瓦小时 3 电流效率 将电解槽中流过一定电量后 有效氯的实际生成量与理论生成量之比 称为该电解槽的电流效率 计算公式为 式中 额定电解电流1 39 g Ah 为电解槽通过1A电流时每小时NaCIO的理论生成量 实际中 次氯酸钠的产率常用有效氯的产率来表示 其数值等于每升溶液含次氯酸钠中的氯元素量的2倍 即1g次氯酸钠等于含有效氯0 953g 因此电流效率可改为 一般电流效率为70 80 左右 最高的可达到86 4 盐耗 次氧酸钠发生器的盐耗是生成1kg次氧酸钠所需要消耗的固体食盐质量
8、单位为kg kg Cl2 计算公式为 盐耗 式中 S 电解液浓度 g L C 有效氯浓度 g L 一般盐耗为5 7kg kg Cl2 即每生成1kg次氯酸钠所消耗的固体食盐为5 7kg 5 阳极强化寿命试验失效时间 阳极的电催化选择性和活性 对设备的直流电耗 交流电耗 电流效率和盐耗起关键性的影响 目前多采用强化试验方法来评价电极寿命 因此阳极寿命用阳极强化寿命试验失效时间来表示 其试验方法是使阳极在1N硫酸溶液中 通以2A cm2的大电流密度下工作 恒温 并随时测试槽电压 阳极正常工作时 槽电压平稳 经过一段时间后槽电压骤然上升 此时阳极失效 从开始试验到槽电压骤然上升 所累计的电解时间称为
9、电极强化试验失效时间 一般强化寿命试验失效时间为10 20小时 甚至超过20小时 使用与维修 1 投加量 l为保证消毒或处理效果 必须准确投加次氯酸液 但不同水质变化较大 可通过现场需氯量试验而求得 加氯量亦称投加量是需氯量与余氯之和 饮水消毒投加量约为l 3g t 污水约为20 40g t 2 食盐水的净化 由于食盐中含有一些不溶性的杂物 容易堵塞水路的流通 使用中对盐水最好进行过滤 以除去杂物 常用的过滤方式有砂滤 网滤等等 3 电极清洗 如周期性地颠倒电极的极性或采用交流电源 超声波除垢 机械除垢等 其中周期性颠倒电极极性是最常用的一种方法 但不足之处是降低电流效率及缩短电极寿命 一些研
10、究者提出在极性颠倒之前维持一段时间的零电流 有利于保持电流效率及延长电极寿命 4 注意事项 1 电解完毕后 电解槽内的NaCIO液一定要放空 不能使电极浸泡在NaCIO溶液中 否则损坏电极 2 电解时 冷却水不能中断 冷却水中断会使电解槽温度升高而影响NaCIO的产率 甚至影响电极寿命 3 电解过程中有少量的氢气和氯气逸出 为保证安全 应用管道引出室外 4 阳极寿命终了失效后 可保留钛基体 拿回原生产厂家重新涂复再用 目前次氯酸钠发生器存在的问题 1 电流效率较低电流效率较低是影响电化学杀菌技术广泛应用的一个重要原因 提高电流效率的方法主要是通过与其他的工艺相结合产生协同作用提高杀菌效果 如紫
11、外与电化学消毒结合 另外优化电解反应器结构 如减小电极间距 也可以在一定程度上提高电流效率 促进杀菌效果 2 阴极结垢后果 阴阳极极间距减小 造成电流效率下降 流动阻力增加 严重时甚至发生阻塞或短路 影响结垢的因素 结垢的速率与温度 pH 硬度 碱度及流速有关 解决方法 目前解决结垢问题有两种思路 一是增加前处理 二是设法将已形成的垢除去 避免垢层增厚 如周期性地颠倒电极的极性或采用交流电源 超声波除垢 机械除垢等 国内外研究的趋势 I 新型电解阳极的研制旨在延长寿命和提高电催化活性 从而降低电耗和盐耗 其中多组分金属阳极的进一步研制是努力方向 2 新型电解阴极的研究研究方向是 一是阴极应具有
12、低的氢析出电位 二是阴极反应气体应容易逸出 三是提高耐腐蚀性能 如钛基镀镍阴极 3 隔膜式电解槽的研制 一 实验目的以低浓度的NaCl溶液为电解液时 研究Cl 浓度 电流密度和阳极材料对活性氯产率的影响 二 实验材料与操作 阳极材料 隔膜 aNafion 450cationexchangemembrane 极间距 5mm 低浓度NaCl电解液 为了实现活性氯产率的可靠性与重现性 应避免已生成的氯与水中和设备中的氧化性物质反应 为了达到这个目的 第一 所有设备的壁为PTFE材料或有PTFE涂层 第二 增加预电解10min设施 流速 阴阳极电解液均以300cm3 min的流速 阳极室与阴极室的体积
13、分别为 1250cm3 280cm3 利用NaOH调节pH 三 结果与讨论 1 Cl 浓度对活性氯产率的影响 Fig 1 DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentrationintherange0and1500mgdm 3 currentdensity 15mAcm 2 temperature23 Fig 2 Dependenceofactivechlorineproduction
14、rateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentration currentdensity 15mAcm 2 temperature23 2 温度对活性氯产率的影响 Fig 3 ComparisonofthetemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes currentd
15、ensity15mAcm 2 chlorideconcentration150mgdm 3 Fig 4 TemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxidecoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes currentdensity15mAcm 2 threedifferentchlorideconcentrations 150 250and1000mgdm 3 3 电流密度的影响 Fig 5 Activechlorineproductionratewithiridiumoxi
16、deandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes dependenceoncurrentandcurrentdensity chlorideconcentration150mgdm 3 temperature23 Fig 6 ActivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes dependenceoncurrentdensity chlorideconcentration150mgdm 3 temperature23 4 氯的亏损氯的亏损是影响精确测量活性氯产量的重要因素 无论水质如何 水本身对氯都有一定的需求 水中所包含的一部分无极和有机杂质都会与生成的氯反应 虽然在本实验中 对电解液进行了预电解 并对设备内壁都进行了PTFE的改进 但在整个实验中仍然有持续微量的氯的亏损 氯的亏损率仍然可以测量 它要受温度与pH值的影响 但在本实验测量的浓度范围内与氯离子的浓度无关 温度对氯的亏损的影响 Fi
