電解海水或鹽水制消毒劑

電解海水或鹽水制消毒劑第1頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月次氯酸鈉發(fā)生器的應(yīng)用范圍1．消毒。次氯酸鈉是一種消毒劑，用于消毒和抑制藻類的生長。(1)用于飲用水消毒。(2)用于醫(yī)院污水的處理。(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)發(fā)電廠等冷卻水中投加次氯酸鈉以抑制藻類生長。2．對電鍍含氰化物的廢水處理3．降低BOD。4．除色除味。5．漂白。造紙、印染、紡織等部門可用次氯酸鈉作為漂白液使用，其效果等同于液氯或漂白粉。第2頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月次氯酸鈉消毒的優(yōu)點(diǎn)(1)投資少，運(yùn)轉(zhuǎn)費(fèi)用低(2)使用安全(3)消毒效果好(4)具有余氯效應(yīng)(5)操作簡便、使用方便。第3頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月工作原理1、原理：包括電解反應(yīng)和溶液反應(yīng)。①陽極反應(yīng):2C1--2e→Cl2

②陰極反應(yīng):2H++2e→H2↑③水解反應(yīng)：Cl2+H2O→

HClO+HCl④總反應(yīng)：NaC1+H2O+(2F)=NaC1O+H2↑式中:F為法拉第常數(shù),其數(shù)值為96500C或26.8A

?h。所以，在理論上通過1A電流每小時(shí)能產(chǎn)生1.39g的NaC1O。第4頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月2、副反應(yīng)特別是電解電壓過高及電解液中雜質(zhì)過多時(shí)，付反應(yīng)將嚴(yán)重影響電解槽的正常工作并大大降低電流效率。陽極可能發(fā)生的副反應(yīng)：①析氧反應(yīng)：4OH-一4e→O2↑+2H2O②次氯酸根彼氧化生成氯酸及鹽酸：12C1O-十6H2O-12e→4HCIO3+8HC1+3O2↑陰極可能發(fā)生的副反應(yīng)①結(jié)垢：主要是電解液中的Ca2+、Mg2+、Ba2+等離子得到電子被還原而形成結(jié)垢。②次氯酸根的還原：ClO-+2H++2e→C1-+H2O主次反應(yīng)之間的關(guān)系與電極電位，電流密度，電極材料，電解槽內(nèi)傳質(zhì)條件及溫度變化等有關(guān)。第5頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月

現(xiàn)場制備次氯酸鈉的主要設(shè)備包括：鹽水制備裝置、鹽水處理裝置（根據(jù)需要）、電解槽、冷卻裝置、電解槽出水處理系統(tǒng)、鹽水及次氯酸鈉收集罐、整流器、開關(guān)控制箱。次氯酸鈉的現(xiàn)場制備系統(tǒng)常見的制備系統(tǒng)包括:(1)SANILEC系統(tǒng)；(2)CLOR-TEC標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)；

(3)W&T公司的OSEC系統(tǒng)；(4)DeNoraSeador系統(tǒng)第6頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）SANILEC系統(tǒng)第7頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）CLOR-TEC標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)第8頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）OSEC系統(tǒng)第9頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月電解槽的類型1.膜電解槽第10頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月膜電解槽的優(yōu)勢①陰陽極板的截距可以很小，可提高電流效率，減少多個(gè)電解槽并列時(shí)占用的空間。②可以避免部分可能發(fā)生的副反應(yīng)③可以減少對陰極板的腐蝕常用的隔膜有：Nafion膜（全氟磺酸膜）、全氟羧酸膜第11頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月2.電催化開放式電解槽開放式電解槽最大的優(yōu)點(diǎn)就是連續(xù)的水流可帶走海水或鹽水中所含的不溶性離子形成的沉淀。第12頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月電極材料陰極材料通常包括不銹鋼、鈦板、鈦基鍍鎳陰極、鎳基合金等。陽極材料則有Pt／Ti、Pt／Nb、Pt／Ta、、金屬氧化物、銀、銅、鎳、高強(qiáng)度耐蝕鎳銅合金、各類DSA電極等。第13頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月DSA(DimensionalStableAnode)電極了以鈦為基體．表面涂敷鉑族金屬或其氧化物材料制成的電極。為其對析氯反應(yīng)具有良好的電催化活性、機(jī)械穩(wěn)定性和化學(xué)穩(wěn)定性。DSA電極由一元涂層（如Ti／PdO、Ti／RuO2、Ti／Pt、Ti／IrO2等）向多元涂層（如Ti／IrOx—TiO2

、Ti／RuO2一TiO2、Ti／IrOx—RuO2一TiO2等）發(fā)展。一元涂層往往難以兼顧催化活性及耐腐蝕性，而多元涂層電極的催化活性和耐腐蝕性較一元組分有顯著提高。第14頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月主要技術(shù)參數(shù)和技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)

1．基本運(yùn)行技術(shù)參數(shù)(1)額定電解電壓。一般額定電解電壓為3～5V(單級)。(2)額定電解電流。(3)額定產(chǎn)率,單位為g/h。G=C×Q

式中C：次氯酸鈉濃度g／LQ:每小時(shí)電解液流量(L/h)(4)電解液濃度:每升電解液中含固體食鹽的克數(shù)(g/L)表示。一般為3～5％。(5)鹽水消耗量(L/h)。(6)電源電壓、頻率:一般為220/380V±10％;50Hz土2％.(7)設(shè)備外形尺寸和安裝尺寸。(8)使用的環(huán)境溫度和濕度。環(huán)境溫度一般為0-40℃，相對濕度為≤90％(20℃時(shí))(9)次氯酸鈉溶液溫度。一般﹤40℃第15頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月2．技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)。(1)直流電耗：次氯酸鈉發(fā)生器的直流電耗是每生成1kg次氯酸鈉在電解槽中消耗的直流電能值，單位為kwh/kgNaCIO，計(jì)算公式為：第16頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）交流電耗。次氯酸鈉發(fā)生器的交流電耗是每生產(chǎn)1kg次氯酸鈉，設(shè)備所消耗的交流電能，數(shù)值等于設(shè)備電源輸入有功功率與次氯酸鈉產(chǎn)率之比，單位為kWh／kg—Cl2，計(jì)算公式為：式中：Pi：輸入有功功率，可以為輸入有功功率表讀數(shù)。一般交流電耗為6~10kwh／kg-Cl2，即每生產(chǎn)1kgNaClO交流電耗為6～10千瓦小時(shí)。第17頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)電流效率:將電解槽中流過一定電量后,有效氯的實(shí)際生成量與理論生成量之比，稱為該電解槽的電流效率。計(jì)算公式為：式中：Ⅰ:額定電解電流1.39(g/Ah):為電解槽通過1A電流時(shí)每小時(shí)NaCIO的理論生成量。η=

實(shí)際中，次氯酸鈉的產(chǎn)率常用有效氯的產(chǎn)率來表示。其數(shù)值等于每升溶液含次氯酸鈉中的氯元素量的2倍。即1g次氯酸鈉等于含有效氯0.953g，因此電流效率可改為:一般電流效率為70～80％左右。最高的可達(dá)到86％。第18頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月(4)鹽耗：次氧酸鈉發(fā)生器的鹽耗是生成1kg次氧酸鈉所需要消耗的固體食鹽質(zhì)量，單位為kg／kg—Cl2：計(jì)算公式為:鹽耗=式中:S:電解液濃度(g／L)C:有效氯濃度(g／L)一般鹽耗為5～7kg／kg—Cl2。即每生成1kg次氯酸鈉所消耗的固體食鹽為5～7kg．第19頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月(5)陽極強(qiáng)化壽命試驗(yàn)失效時(shí)間陽極的電催化選擇性和活性，對設(shè)備的直流電耗，交流電耗，電流效率和鹽耗起關(guān)鍵性的影響。目前多采用強(qiáng)化試驗(yàn)方法來評價(jià)電極壽命，因此陽極壽命用陽極強(qiáng)化壽命試驗(yàn)失效時(shí)間來表示。其試驗(yàn)方法是使陽極在1N硫酸溶液中，通以2A／cm2的大電流密度下工作(恒溫)。并隨時(shí)測試槽電壓，陽極正常工作時(shí)，槽電壓平穩(wěn)。經(jīng)過一段時(shí)間后槽電壓驟然上升，此時(shí)陽極失效。從開始試驗(yàn)到槽電壓驟然上升，所累計(jì)的電解時(shí)間稱為電極強(qiáng)化試驗(yàn)失效時(shí)間。一般強(qiáng)化壽命試驗(yàn)失效時(shí)間為10～20小時(shí)，甚至超過20小時(shí)。第20頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月使用與維修

1.投加量：l為保證消毒或處理效果，必須準(zhǔn)確投加次氯酸液，但不同水質(zhì)變化較大，可通過現(xiàn)場需氯量試驗(yàn)而求得，加氯量亦稱投加量是需氯量與余氯之和;飲水消毒投加量約為l～3g／t，污水約為20～40g／t。2．食鹽水的凈化。由于食鹽中含有一些不溶性的雜物，容易堵塞水路的流通，使用中對鹽水最好進(jìn)行過濾，以除去雜物。常用的過濾方式有砂濾、網(wǎng)濾等等。3．電極清洗。如周期性地顛倒電極的極性或采用交流電源、超聲波除垢、機(jī)械除垢等。其中周期性顛倒電極極性是最常用的一種方法,但不足之處是降低電流效率及縮短電極壽命。一些研究者提出在極性顛倒之前維持一段時(shí)間的零電流,有利于保持電流效率及延長電極壽命。第21頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月4．注意事項(xiàng)(1)電解完畢后，電解槽內(nèi)的NaCIO液一定要放空，不能使電極浸泡在NaCIO溶液中，否則損壞電極。(2)電解時(shí)，冷卻水不能中斷，冷卻水中斷會使電解槽溫度升高而影響NaCIO的產(chǎn)率，甚至影響電極壽命。(3)電解過程中有少量的氫氣和氯氣逸出，為保證安全，應(yīng)用管道引出室外。(4)陽極壽命終了失效后，可保留鈦基體，拿回原生產(chǎn)廠家重新涂復(fù)再用。第22頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月

目前次氯酸鈉發(fā)生器存在的問題

1.電流效率較低

電流效率較低是影響電化學(xué)殺菌技術(shù)廣泛應(yīng)用的一個(gè)重要原因。提高電流效率的方法主要是通過與其他的工藝相結(jié)合產(chǎn)生協(xié)同作用提高殺菌效果，如紫外與電化學(xué)消毒結(jié)合。另外優(yōu)化電解反應(yīng)器結(jié)構(gòu),如減小電極間距，也可以在一定程度上提高電流效率,促進(jìn)殺菌效果。2.陰極結(jié)垢

后果：陰陽極極間距減小,造成電流效率下降,流動阻力增加,嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生阻塞或短路。影響結(jié)垢的因素：結(jié)垢的速率與溫度、pH、硬度、堿度及流速有關(guān)。解決方法：目前解決結(jié)垢問題有兩種思路:一是增加前處理，二是設(shè)法將已形成的垢除去,避免垢層增厚。如周期性地顛倒電極的極性或采用交流電源、超聲波除垢、機(jī)械除垢等。第23頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月國內(nèi)外研究的趨勢I.新型電解陽極的研制旨在延長壽命和提高電催化活性，從而降低電耗和鹽耗。其中多組分金屬陽極的進(jìn)一步研制是努力方向。2.新型電解陰極的研究研究方向是:一是陰極應(yīng)具有低的氫析出電位；二是陰極反應(yīng)氣體應(yīng)容易逸出；三是提高耐腐蝕性能，如鈦基鍍鎳陰極。3.隔膜式電解槽的研制第24頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第25頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊缘蜐舛鹊腘aCl溶液為電解液時(shí)，研究Cl-濃度、電流密度和陽極材料對活性氯產(chǎn)率的影響。二、實(shí)驗(yàn)材料與操作①陽極材料材料載量幾何尺寸Ti/IrO2-Ta2O58gIrm-2inamolarratioof

IrtoTa:70to30113mm×30mm(33.9cm2)Ti/Ptthickness2μm100mm×30mm(30cm2)第26頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月②隔膜：aNafion?450cationexchangemembrane.③極間距：5mm④低濃度NaCl電解液，為了實(shí)現(xiàn)活性氯產(chǎn)率的可靠性與重現(xiàn)性，應(yīng)避免已生成的氯與水中和設(shè)備中的氧化性物質(zhì)反應(yīng)。為了達(dá)到這個(gè)目的，第一：所有設(shè)備的壁為PTFE材料或有PTFE涂層；第二：增加預(yù)電解10min設(shè)施。⑤流速:陰陽極電解液均以300cm3/min的流速。⑥陽極室與陰極室的體積分別為:1250cm3,280cm3⑦利用NaOH調(diào)節(jié)pH.第27頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月三、結(jié)果與討論(1)Cl-濃度對活性氯產(chǎn)率的影響Fig.1.DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentrationintherange0and1500mgdm-3(currentdensity:15mAcm-2,temperature23℃).第28頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月Fig.2.DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentration(currentdensity:15mAcm-2,temperature23℃).第29頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）溫度對活性氯產(chǎn)率的影響Fig.3.ComparisonofthetemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,chlorideconcentration150mgdm-3).第30頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月Fig.4.TemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxidecoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,threedifferentchlorideconcentrations:150,250and1000mgdm-3).第31頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）電流密度的影響Fig.5.Activechlorineproductionratewithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentandcurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第32頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月Fig.6.ActivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第33頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（4）氯的虧損

氯的虧損是影響精確測量活性氯產(chǎn)量的重要因素，無論水質(zhì)如何，水本身對氯都有一定的需求，水中所包含的一部分無極和有機(jī)雜質(zhì)都會與生成的氯反應(yīng)。雖然在本實(shí)驗(yàn)中，對電解液進(jìn)行了預(yù)電解，并對設(shè)備內(nèi)壁都進(jìn)行了PTFE的改進(jìn)，但在整個(gè)實(shí)驗(yàn)中仍然有持續(xù)微量的氯的虧損。

氯的虧損率仍然可以測量，它要受溫度與pH值的影響，但在本實(shí)驗(yàn)測量的濃度范圍內(nèi)與氯離子的濃度無關(guān)。第34頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月溫度對氯的虧損的影響Fig.7.ActivechlorinedecayratedependenceontemperatureatpH7(initialactivechlorineconcentration:29:5mgdm-3;initialchlorideconcentration124mgdm-3,electrolytevolume250cm3).第35頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月（5）陰極板表面鈣的沉積實(shí)驗(yàn)一：用自來水（Ca2+的濃度為134mgdm-3,Mg2+的濃度為15mgdm-3)配制電解液，加入K2HPO4/KH2PO4緩沖液，結(jié)果沒有結(jié)垢。證明結(jié)垢與pH有關(guān)。實(shí)驗(yàn)二：用含Ca2+濃度為的200mgdm-3且不含HCO3-的電解液，以CaCl2和Ca(NO3)2為電解質(zhì)，在電解過程中任然沒有結(jié)垢。實(shí)驗(yàn)三：利用自來水配制電解液，不加K2HPO4/KH2PO4緩沖液，結(jié)果在陰極有結(jié)垢。實(shí)驗(yàn)四：利用用含Mg2+濃度為的200mgdm-3且不含HCO3-的電解液，以MgCl2和Mg(NO3)2為電解質(zhì)，在電解過程中生成白色沉淀物。第36頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月由實(shí)驗(yàn)二看出，在pH較大時(shí)要形成結(jié)垢Ca2+和HCO3-必須同時(shí)存在。自來水通常都含有Ca2+、HCO3-和Mg2+，因此形成結(jié)垢的主要化學(xué)反應(yīng)是：第37頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月第38頁，課件共43頁，創(chuàng)作于2023年2月一、研究的背景：由于次氯酸鈉消毒相比于其他消毒方法的明顯的優(yōu)勢，次氯酸鈉發(fā)生器的研究一直是熱點(diǎn)。而無極陶瓷膜相比于聚合物膜具有更好的熱穩(wěn)定性、電化學(xué)穩(wěn)定性以及環(huán)境友好性，使無極陶瓷膜具有很好的發(fā)展前景，被應(yīng)用于應(yīng)用水凈化和催化氧化有機(jī)物。二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模阂設(shè)CTA(titanium(VT-1)coveredwithaCo3O4layer）