电解海水或盐水制消毒剂

电解海水或盐水制消毒剂第1页，课件共43页，创作于2023年2月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。第2页，课件共43页，创作于2023年2月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。第3页，课件共43页，创作于2023年2月工作原理1、原理：包括电解反应和溶液反应。①阳极反应:2C1--2e→Cl2

②阴极反应:2H++2e→H2↑③水解反应：Cl2+H2O→

HClO+HCl④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。第4页，课件共43页，创作于2023年2月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：①析氧反应：4OH-一4e→O2↑+2H2O②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①结垢：主要是电解液中的Ca2+、Mg2+、Ba2+等离子得到电子被还原而形成结垢。②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。第5页，课件共43页，创作于2023年2月

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系统第6页，课件共43页，创作于2023年2月（1）SANILEC系统第7页，课件共43页，创作于2023年2月（2）CLOR-TEC标准系统第8页，课件共43页，创作于2023年2月（3）OSEC系统第9页，课件共43页，创作于2023年2月电解槽的类型1.膜电解槽第10页，课件共43页，创作于2023年2月膜电解槽的优势①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。②可以避免部分可能发生的副反应③可以减少对阴极板的腐蚀常用的隔膜有：Nafion膜（全氟磺酸膜）、全氟羧酸膜第11页，课件共43页，创作于2023年2月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。第12页，课件共43页，创作于2023年2月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。第13页，课件共43页，创作于2023年2月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。第14页，课件共43页，创作于2023年2月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)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℃第15页，课件共43页，创作于2023年2月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：第16页，课件共43页，创作于2023年2月（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。第17页，课件共43页，创作于2023年2月(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：Ⅰ: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。η=

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％。第18页，课件共43页，创作于2023年2月(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，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．第19页，课件共43页，创作于2023年2月(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。第20页，课件共43页，创作于2023年2月使用与维修

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。第21页，课件共43页，创作于2023年2月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。第22页，课件共43页，创作于2023年2月

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。第23页，课件共43页，创作于2023年2月国内外研究的趋势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第24页，课件共43页，创作于2023年2月第25页，课件共43页，创作于2023年2月一、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①阳极材料材料载量几何尺寸Ti/IrO2-Ta2O58gIrm-2inamolarratioof

IrtoTa:70to30113mm×30mm(33.9cm2)Ti/Ptthickness2μm100mm×30mm(30cm2)第26页，课件共43页，创作于2023年2月②隔膜：aNafion®450cationexchangemembrane.③极间距：5mm④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。⑤流速:阴阳极电解液均以300cm3/min的流速。⑥阳极室与阴极室的体积分别为:1250cm3,280cm3⑦利用NaOH调节pH.第27页，课件共43页，创作于2023年2月三、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℃).第28页，课件共43页，创作于2023年2月Fig.2.DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentration(currentdensity:15mAcm-2,temperature23℃).第29页，课件共43页，创作于2023年2月（2）温度对活性氯产率的影响Fig.3.ComparisonofthetemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,chlorideconcentration150mgdm-3).第30页，课件共43页，创作于2023年2月Fig.4.TemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxidecoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,threedifferentchlorideconcentrations:150,250and1000mgdm-3).第31页，课件共43页，创作于2023年2月（3）电流密度的影响Fig.5.Activechlorineproductionratewithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentandcurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第32页，课件共43页，创作于2023年2月Fig.6.ActivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第33页，课件共43页，创作于2023年2月（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。第34页，课件共43页，创作于2023年2月温度对氯的亏损的影响Fig.7.ActivechlorinedecayratedependenceontemperatureatpH7(initialactivechlorineconcentration:29:5mgdm-3;initialchlorideconcentration124mgdm-3,electrolytevolume250cm3).第35页，课件共43页，创作于2023年2月（5）阴极板表面钙的沉积实验一：用自来水（Ca2+的浓度为134mgdm-3,Mg2+的浓度为15mgdm-3)配制电解液，加入K2HPO4/KH2PO4缓冲液，结果没有结垢。证明结垢与pH有关。实验二：用含Ca2+浓度为的200mgdm-3且不含HCO3-的电解液，以CaCl2和Ca(NO3)2为电解质，在电解过程中任然没有结垢。实验三：利用自来水配制电解液，不加K2HPO4/KH2PO4缓冲液，结果在阴极有结垢。实验四：利用用含Mg2+浓度为的200mgdm-3且不含HCO3-的电解液，以MgCl2和Mg(NO3)2为电解质，在电解过程中生成白色沉淀物。第36页，课件共43页，创作于2023年2月由实验二看出，在pH较大时要形成结垢Ca2+和HCO3-必须同时存在。自来水通常都含有Ca2+、HCO3-和Mg2+，因此形成结垢的主要化学反应是：第37页，课件共43页，创作于2023年2月第38页，课件共43页，创作于2023年2月一、研究的背景：由于次氯酸钠消毒相比于其他消毒方法的明显的优势，次氯酸钠发生器的研究一直是热点。而无极陶瓷膜相比于聚合物膜具有更好的热稳定性、电化学稳定性以及环境友好性，使无极陶瓷膜具有很好的发展前景，被应用于应用水净化和催化氧化有机物。二、实验目的：以OCTA(titanium(VT-1)coveredwithaCo3O4layer）