[發明專利]一種電解水制備臭氧同時在線維護陰極的方法

有效

• 申請號: 202110561502.1
• 申請日: 2021-05-22
• 公開（公告）號: CN113373460B
• 公開（公告）日: 2022-10-28
• 發明（設計）人: 薛立人;陳木發;費振華
• 申請（專利權）人: 冠宇（蘇州）高新材料有限公司
• 主分類號: C25B1/13
• 分類號: C25B1/13;C25B15/023;C25B11/00
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本發明提供了一種電解水制備臭氧同時在線維護陰極的方法。該方法包括：將并聯連接的工作陽極連接到工作電源的正極，將并聯連接的工作陰極連接到工作電源的負極，制備臭氧；當工作陰極的表面有沉積物堆積時，通過復原陰極，以極性逆轉的方式維護、復原工作陰極的活性，包括以下步驟：將復原電源的負極與復原陰極連接，復原電源的正極與工作陰極連接，工作陽極斷開電流，清除工作陰極上的沉積物，在制備臭氧的同時完成對工作陰極的清潔。本發明的上述方法可以在不間斷制備臭氧的同時清潔工作陰極。

技術領域

本發明涉及一種臭氧的制備方法，尤其涉及一種可以在線維護陰極的電解水制備臭氧的方法，屬于臭氧制備技術領域。

背景技術

臭氧(O₃)能夠溶解細菌、病毒和病原體的細胞膜，從而消滅絕大多數的微生物。由于臭氧的壽命短，效用快，微生物沒有機會發展出對于臭氧的耐藥性。臭氧最讓人關注的安全問題是其刺激性的氣味，它可與溴化物一起形成溴酸鹽(一種致癌物)。以水作為臭氧的來源，并以電解為手段，可以實現無泄漏地產生臭氧，并按需要的方式進行制造。此種電解水臭氧發生器可以設計成各種便攜式設備中以及通過固定的模塊來處理工業中水回收和污水。臭氧在工業應用中的成本高，因此需要高效并連續的方式制造臭氧，并協同使用材料或裝置來增加臭氧的性能。

電解水臭氧發生器依靠噴涂在陽極上的催化劑的特性來實現其高性能、低成本和長使用壽命。在實踐中上述三個特性相互關聯，如果催化劑可以產生高性能高產率的臭氧，則其它兩個要求也會體現。高產能的水電解臭氧發生器必須由依靠良好的催化劑，該催化劑的性能直接影響到陽極的使用壽命。配合優化的陽極可使用經濟的304不銹鋼作為電解槽中的陰極。除了Fe²⁺和Mn²⁺等有害物質不能在電解水中存在外，基于Sb，Ni-SnO₂的陽極無需維護。上述金屬離子將在陽極上形成永久性的氧化物沉積，導致陽極無法工作。另一面，不銹鋼陰極容易結垢，需要定期維護以保證臭氧的正常生成。

不銹鋼陰極水電解過程中最常見的污垢是Ca²⁺/Mg²⁺與碳酸根陰離子(CO₃^2-)形成的碳酸鈣和碳酸鎂沉淀形成的沉積物，其中所有的離子都可以在水中流動傳播。清除碳酸鹽沉積物有兩種方法，化學或電解方法。化學上CaCO₃/MgCO₃能通過檸檬酸水溶液(螯合劑)溶解并去除。但是使用化學反應清潔陰極會需要中斷臭氧設備工作。另外電解時，電解池中的陽極和陰極的極性進行反轉也以將沉積于陰極上的沉積物進行溶解，反轉時其中的陰極暫時變為陽極。在現有技術中，Malkin(US4088550)和Jansen(US4306952)中涉及電極反轉的內容。其中，US4088550是現場生產次氯酸鈉(NaClO)或漂白劑，其中使用電極反轉技術使陰極恢復性能。US4306952使用到了將含氯的鹽和電極反轉的技術，其作用是在游泳池中制造氯(Cl₂) 用于現場的消毒滅菌。極性反轉可以應用在不同的領域，在不同的應用中作用可能有所不同。例如，楊等人在國際氫能雜志(International Journal of HydrogenEnergy)2017年第422卷第 20260-20268頁中公開了采用電極反轉來最大化提高氫氣的產生。近期Maher等人在《環境工程科學》2020年第37卷，99-108頁中提及電極反轉技術用于處理含有生物污染物和雌激素的化合物的廢水。

與次氯酸鈉和氯氣相比，臭氧是一種更有效且環保的消毒劑。類似于其它水電解技術，臭氧水電解發生器也可以采用實時，無需添加化學藥劑且不間斷設備運轉的極性反轉技術進行陰極的維護。但是以鈦為基材添加了Sb，Ni-SnO₂的陽極不能為負極性，因為如果為負極性其表面的涂層中的SnO₂將立即還原為Sn，陽極將會受到不可修復的破壞。因此，以鈦為基材涂有Sb，Ni-SnO₂的陽極不能參與為了電解除垢而將電極反轉的陰極的工作。

發明內容