[發明專利]利用納米、微氣泡誘導成垢物質液相成核的抑制電極表面結垢的方法

有效

• 申請號: 202111544561.4
• 申請日: 2021-12-16
• 公開（公告）號: CN114105320B
• 公開（公告）日: 2022-10-04
• 發明（設計）人: 于洪濤;康文達
• 申請（專利權）人: 大連理工大學
• 主分類號: C02F5/00
• 分類號: C02F5/00;C02F1/46;C02F1/461;C02F1/24;C02F9/06;C02F101/10
• 代理公司: 遼寧鴻文知識產權代理有限公司 21102
• 代理人: 苗青

本發明屬于水處理技術領域，公開了一種利用納米、微氣泡誘導成垢物質液相成核的抑制電極表面結垢的方法，該方法包括：具有連續多通道及納米尖端覆蓋表面的電極構建；產生納米、微氣泡的尺寸調控；成垢物質在液相成核的控制。通過在具有納米尖端結構的多通道陰極上外加恒定電流電壓產生納米、微氣泡，納米、微氣泡發揮雙重作用，既可以作為垢的成核位點又是垢的運輸載體，然后形成含有水垢顆粒的氣液固混合相匯集到液相表層，并隨著溶液的流動垢的混合相與溶液分離。本方法首次發現了電化學過程中氣泡成核的原理，實現了電化學技術軟化水過程中電極的抗結垢功能，保證電化學反應連續進行。

技術領域

本發明屬于水處理技術領域，特別涉及一種利用納米、微氣泡誘導成垢物質液相成核的抑制電極表面結垢的方法。

背景技術

結垢現象在具有換熱器、輸送管道、冷卻泵的循環水系統中非常普遍。它會堵塞管路、減低換熱設備的傳熱效率、造成設備的腐蝕以及浪費能源。為此開發了一系列的軟化水體的技術包括機械法、物理法、化學法、超聲波法以及電化學方法等。電化學技術被認為是一種“綠色”的軟化水體技術，因為其反應過程中不需要向水體中添加任額外的試劑，也不會產生副產物造成水體的二次污染，并且該技術不受處理環境和條件的影響，可以廣泛使用于各個場合。

電化學水軟化的主要原理是通過在電極上施加一定的電壓，在陰極與水的界面處生成大量氫氧根離子，促使碳酸氫根離子轉化成碳酸根離子，使陰極附近的碳酸鈣和氫氧化鎂過飽和而析出。析出分為成核和晶體生長兩個部分，成核一般發生在電極表面，因此碳酸鈣和氫氧化鎂析出后附著在電極表面。專利申請號為202110431015.3的中國發明專利公開了一種采用電化學來軟化水體并同步制備碳酸鈣晶須的方法，通過階段性的電解來達到軟化水體的目的。同樣，參考文獻Multi-meshes coupled cathodes enhancedperformance of electrochemical water softening system也通過調控電極形式和參數優化實現了相同的目的。但是以上工作都是將水垢結在了電極表面，雖然成功的軟化了水，但是沉積在電極上的水垢不導電，影響電極性能和使用壽命，增加能耗甚至完全阻斷電化學反應。為了解決這一問題，多種脫垢方法已被研究，專利號為200620032114.5的中國專利公開了一種倒極運行的電化學反應器，利用倒極的方式使陰極水垢脫落；申請號為200910059929.0的中國發明專利循環水電解除垢裝置及除垢方法則采用超聲波進行自動除垢清洗；此外，申請號為202110581157.8的中國發明專利一種旋轉電化學連續除垢裝置和申請號為202110715978.6的中國發明專利一種具備除垢功能的電化學水處理設備則使用刮刀物理剔除電極表面上的水垢。

上述方法的本質都是將已經覆蓋在電極表面的垢移除，都不具備自我除垢能力，在使用一段時間后陰極表面產生的水垢只能增加額外的設備進行脫垢，或者將裝置停止后采用物理方法或者人工形式清理垢層。這也使得電化學技術的使用過程變得繁瑣，增加了額外的處理成本，限制了電化學技術的應用。

發明內容

本發明旨在提供一種利用納米、微氣泡誘導成垢物質液相成核的抑制電極表面結垢的方法。該方法克服了以往傳統的電化學技術軟化水體過程中電極結垢的難題，利用多通道電極的納米尖端結構，將陰極產生的氣泡控制在納米、微米尺寸，這些納米、微氣泡不斷從電極表面釋放，一方面阻止了水垢在電極表面成核，另一方面擴散到溶液的納米、微氣泡作為垢的成核點位，使成核遠離了電極表面，而不是附著在電極表面。而且納米、微氣泡作為成核位點，形成的垢晶體難以長大，容易附著在氣泡上上浮到水面，可通過溢流的方式從溶液中分離。這種方法首次實現了電化學技術軟化水過程中電極的抗結垢功能，保證電化學反應連續進行。

一種利用納米、微氣泡誘導成垢物質液相成核的抑制電極表面結垢的方法，包括：

(1)具有連續多通道及納米尖端覆蓋表面的電極構建；

以內部具有連續通道結構的材料為基礎，然后經過刻蝕、陽極氧化、模板法、噴涂或電泳方法在其表面制備出具有納米尖端結構覆蓋的電極；