[發明專利]電解裝置及其電解方法

無效

• 申請號: 201280043774.1
• 申請日: 2012-08-30
• 公開（公告）號: CN103781731A
• 公開（公告）日: 2014-05-07
• 發明（設計）人: 新田英郎;細沼正志;福島安則;大日方亮仁
• 申請（專利權）人: 阿庫亞愛克斯公司;培爾梅烈克電極股份有限公司
• 主分類號: C02F1/461
• 分類號: C02F1/461
• 代理公司: 北京林達劉知識產權代理事務所(普通合伙) 11277
• 代理人: 劉新宇;李茂家

技術領域

本發明涉及電解裝置及其電解方法，其中將包含痕量堿土類金屬離子如鈣離子和鎂離子的非純化水用作原料，具有其中將原料水供給至陰極室的構造，特征在于可防止堿土類金屬的氫氧化物等的垢沉積在陰極表面上。

背景技術

利用電解反應的水處理被廣泛用于通過電解生產功能水、生產臭氧水和生產電解水，滅菌，以及分解除去有害物質等目的。用于這些處理的反應器具有通常具有陽極、陰極以及設置在二者之間的離子交換膜或容納在框體內的多孔隔膜的構造，稱為電解槽或電解室。這種電解槽或電解室包括隔膜、被隔膜分隔的陽極室、被隔膜分隔的陰極室、設置在陽極室中的陽極和設置在陰極室中的陰極，并且已知有兩室型電解裝置和三室型電解裝置。兩室型電解裝置包括隔膜法電解裝置、陽離子交換膜法電解裝置和作為該類型的特殊方法的固體聚合物電解質法電解裝置。

隔膜法電解裝置使用多孔隔膜作為隔膜，陽離子交換膜法電解裝置使用陽離子交換膜作為隔膜，固體聚合物電解質法電解裝置使用陽離子交換膜作為固體聚合物電解質(solid?polymer?electrolysis)，其中陽極和陰極緊密附著在陽離子交換膜的兩表面上，從而構成甚至可電解導電性小的純水的電解裝置。

三室型電解裝置設置有陽離子交換膜和陰離子交換膜作為隔膜來分隔陽極室和陰極室，從而在陽離子交換膜和陰離子交換膜之間形成中間室。通過這些電解裝置生產各種功能水和臭氧水。

本發明涉及電解裝置及其電解方法，其中包含痕量堿土類金屬離子如鈣離子和鎂離子的非純化水用作待電解的原料；更詳細地，本發明提出了在使用非純化水作為原料水的通過電解的臭氧水生產裝置及其臭氧水生產方法、功能水生產裝置及功能水生產方法和電解水生產裝置和電解水生產方法，滅菌法，廢水處理法等中，可改善氫氧化物等在陰極上沉積的問題的裝置及其方法。另外，本發明的電解裝置及其電解方法可有助于解決其它應用領域中類似的問題。

一般來說，在廢液處理法或包括堿性離子化水的功能水的生產方法中采用包含堿土類金屬離子如鈣離子和鎂離子的非純化水作為原料。在這些使用非純化水的電解方法中，首先來自陰極表面的陰極液的pH值隨電解時間增加，以痕量鈣作為主要元素的堿土類金屬離子以其氫氧化物、氧化物和碳酸鹽的形式沉積在陰極表面上作為非導電性的垢(scale)(水垢)，引起電解功能障礙。

為了解決這些問題，專利文獻1和專利文獻2提出了將酸用于陰極室液的方法；然而構造變得復雜且安全操作變得困難。專利文獻3提出通過以預定時間間隔交替使用在電解水的生產裝置中設置的輔助槽和多個電極來抑制陰極沉積。然而，該裝置設計需要大型設備，導致成本增加。專利文獻4詳細描述了通過在裝置操作的正常關閉時進行酸洗等除去沉積的方法，這導致復雜的操作步驟。專利文獻5建議通過用鹽酸酸化非隔膜電解室來防止陰極上的沉積。該方法使用包括鹽酸的強酸化學溶液，這不僅在操作安全性或成本上不利，而且可能取決于應用而不接受強酸。

專利文獻6介紹了如下的操作方式：電解室的陽極和陰極在電解性能下降時逆轉，以便通過反向電流恢復性能。在這種情況下，在施加反向電流和構成的金屬元素洗脫下陰極暫時行使陽極的功能。來自洗脫的金屬的大部分離子如Cr和Ni，不僅不期望作為包含在處理液中的離子，而且還浸透固體聚合物電解質膜而使其離子輸送能力下降。為此，高耐腐蝕性閥金屬(valve?metals)可用于陰極。然而，在該情況下，陰極表面上需要昂貴的貴金屬涂層來降低電解過電壓。此外，還擔心暫時轉換為陰極的陽極的陰極還原和由伴隨的氫脆化(hydrogen?embrittlement)所導致的下降。

專利文獻7介紹了應用覆蓋有涂布在形成于導電性基體上的低氫過電壓層上的還原防止膜(reduction?preventive?film)的陰極，利用無隔膜電解方法，通過氯化物的水溶液的電解來生產次氯酸鹽的方法。將有機陽離子交換膜物質或無機陽離子交換膜物質或它們的混合物質用作還原防止膜。然而，在無隔膜電解方法中，該還原防止膜防止次氯酸離子在陰極還原，其中陽極處的產物直接接觸陰極，而不防止主要是堿土類金屬氫氧化物的陰極沉積。另一方面，在根據本發明使用隔膜的電解方法和電解裝置中，與專利文獻7不同，不需要任何還原防止膜來防止次氯酸離子(陽極處的產物)還原。

在使用隔膜的常規電解方法和電解裝置中，當含有堿土類金屬離子的非純化水用作原料時，離子化為陽離子的金屬離子在陰極表面上聚集，并且pH升高，作為主要材料的氫氧化物的垢形成為陰極沉積物質。由此形成的垢妨礙電解操作。常規提出的抑制垢形成的技術是不利的，需要成本和人力或犧牲部分性能。需要進一步改善。