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CN108439553A - 一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置 - Google Patents

一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,包括直流稳压电源、恒流泵、贮槽、氧化除氯池、气体收集池、排水贮槽和转子流量计,所述氧化除氯池中设置有与电源连接的钛片基底的氧化物阳极和钛网阴极组成的电极阵列,通过钛片基底的氧化物阳极,钛片阴极组成的电极阵列,利用阳极的高电位及催化活性来直接氧化水中的氯离子,水中的氯离子首先在阳极表面被氧化生成吸附氯原子,随后两个吸附氯原子通过化学复合形成氯气分子而脱离电极表面,主要以电子为试剂,不用多加其它药剂。本发明由于采用上述结构,无需添加其他药剂、运行操作灵活、对环境友好,维护简便,可连续运行。

Description

一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置
技术领域
本发明涉及水和废水处理领域,特别涉及一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置。
背景技术
随着水十条的颁布,国家开始加大对废水的处理力度,各种废水的环保标准趋严,企业废水的零排放将成为必然发展趋势。氯离子去除是零排放时考虑的问题之一,当循环冷却水浓排、反渗透膜浓排和脱硫废水回用时,均涉及水体中氯离子的去除。因为氯离子含量高,会对水系统管道、各种金属材料及相关动力设备造成腐蚀,导致高含盐量废水的处理及回收利用非常困难。目前传统的处理方法有:沉降、化学沉淀、吸附法、混合零价铁技术;深度处理法有:膜工艺、蒸发结晶工艺、烟道蒸发。传统处理方法基本不能减低水中氯离子的含量,深度处理方法可通过膜处理技术,去除废水中的氯离子,但膜的使用寿命和膜的污染问题,还需要进一步解决,膜处理后的少量浓排废水中然含有大量氯离子,影响外排或不能达到废水零排放。
电催化高级氧化法能在常温常压下,通过有催化活性的电极反应直接或间接氧化水中氯离子,其优势在于处理效率高、操作简便与环境兼容。
在电化学工业中,阳极材料的选择是一个极为重要的问题,应用在废水处理中阳极,使用环境较苛刻,需要选择耐冲刷,性质稳定,催化能力强,经济效益高的电极材料。
发明内容
本发明的目的在于提供一种去除水中氯离子的电化学高级氧化装置,所形成的装置结构简单,操作方便,运行稳定,可以根据水的水质状况,通过改变装置的电压、水停留时间等,高效经济的降低水中氯离子浓度。
其具体技术方案如下:
一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,包括直流稳压电源、恒流泵、贮槽、氧化除氯池、气体收集池、排水贮槽和转子流量计,所述贮槽与氧化除氯池下部连通,排水贮槽与氧化除氯池上部连通,贮槽与氧化除氯池之间设置有恒流泵,氧化除氯池顶部设置有气体出口,所述氧化除氯池通过气体出口与气体收集池连通;所述氧化除氯池和气体收集池之间设置有转子流量计;所述氧化除氯池中设置有与直流稳压电源连接的电极阵列;所述电极阵列包括钛片基底的氧化物阳极和钛片阴极。
所述钛片基底的氧化物阳极以钛为基底,其表面依次修饰有中间层和氧化层,中间层为0.2-0.4mm厚的SnO2和Sb2O5的混合层,氧化层为CeO2层。
所述钛片阴极为网状。
所述氧化除氯池的下部设置有供电极抽插的插槽。
所述钛片基底的氧化物阳极是以钛为基底,在其表面先通过涂刷热分解氧化法分别依次得到SnO2和Sb2O5的中间层,然后再通过电化学方法沉积CeO2,以制得Ti-(Sn,Sb)-CeO2的阳极。
所述氧化物阳极的制备步骤如下:(1)钛片的预处理:将钛片用砂纸打磨,呈现出光亮色泽,用浓度为12-18%的盐酸浸泡30-40分钟,然后用去离子水冲洗;
(2)向处理好的钛片表面涂均三氯化锑与四氯化锡配的乙醇溶液,控制锡与锑的摩尔比为12:1-6:1,乙醇的添加量为能将三氯化锑与四氯化锡溶解即可;当两面涂匀后于80-90摄氏度条件下烘干,取出后在550-600摄氏度条件下煅烧10分钟;上述步骤重复5-8次,最后一次的煅烧时间为2小时,得到具备中间层的电极,备用;
(3)取淡黄色氧化铈及硝酸铜加水和硝酸使之溶解并控制其pH=1.5得到电解液;所述电解液中氧化铈的浓度为6-12g/L;所述硝酸铜的浓度为12-24g/L;
(4)将步骤2制得的具备中间层的电极置于步骤3中的电解液中,以两片不锈钢片为阴极,在80-85摄氏度条件下通电,控制电流为1.2A-1.5A,搅拌,电解4-4.5小时后即得氧化物阳极。
本发明的电化学氧化装置其核心是①氧化除氯池中阳极的制备技术,阳极是以钛片为基底,通过热涂刷法刷成含有Sn,Sb的中间层,再通过电沉积的方法制成Ti-Sb,Sn-CeO2电极;②阴极则为耐用的钛片网,网状的设计使得水能在氧化除氯池4中有效流动,增大水的氧化效率;③氧化除氯池4的底部进水,上部排气的设计,如图2所示,通过在电解槽的底部进水设计,可保证水的停留时间。
本发明的有益技术效果如下:
1.调节电压和水的停留时间可以有效的控制氯离子的氧化速率;
2.水处理过程中主要发生了阳极氧化,水中氯离子被氧化成氯原子,两个吸附氯原子通过化学复合形成氯气分子而脱离电极表面;
3.由本专利方法制备的阳极材料机械强度高,在电解过程中不易被腐蚀,电极表面或涂层稳定,不易发生龟裂和不易与反应物和生成物发生反应;抗腐蚀能力强,不易在电极表面形成沉积物。电极材料易于加工、拆换,可按需要制成不同大小及形状。
4.采用此阳极的氧化装置,能有效的去除水中氯离子,装置装配灵活,可根据实际需要设计阳极大小,阳极易于制备和维护,成本低廉,使用寿命长,具有良好的环境和经济效益;
5.所制备的钛@二氧化锡@氧化铱电极具有高析氯电位、高催化活性和稳定性。其基本原理是通过利用阳极电催化氧化技术,废水中的氯离子首先在阳极表面被氧化生成吸附氯原子,随后两个吸附氯原子通过化学复合形成氯气分子而脱离电极表面,达到去除水中氯离子的目的;
6.本发明利用阳极的高电位及催化活性来直接氧化水中的氯离子,水中的氯离子首先在阳极表面被氧化生成吸附氯原子,随后两个吸附氯原子通过化学复合形成氯气分子而脱离电极表面,主要以电子为试剂,不用多加其它药剂;本发明由于采用上述结构,无需添加其他药剂、运行操作灵活、对环境友好,维护简便,可连续运行。
附图说明
图1为钛片基底的氧化物阳极制作工艺流程;
图2为工艺流程的示意图;
图3为氧化除氯池设计图;
图4.图5为所制备电极的微观结构图;
其中:电源-1、恒流泵-2、贮槽-3、氧化除氯池-4、气体收集池-5、排水贮槽-6,转子流量计-7。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明做进一步说明。
一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,包括直流稳压电源1、恒流泵2、贮槽3、氧化除氯池4、气体收集池5、排水贮槽6和转子流量计7,所述贮槽3和排水贮槽6分别与氧化除氯池4连接,贮槽3与氧化除氯池4之间设置有恒流泵2,氧化除氯池4顶部设置有气体出口,所述氧化除氯池4通过气体出口与气体收集池5连通;所述氧化除氯池4和气体收集池5之间设置有转子流量计7;所述氧化除氯池4中设置有与直流稳压电源1连接的电极阵列;所述电极阵列包括钛片基底的氧化物阳极和钛片阴极。所述钛片基底的氧化物阳极以钛为基底,其表面依次修饰有中间层和氧化层,中间层为0.2-0.4mm厚的SnO2和Sb2O5的混合层,氧化层为CeO2层。
所述钛片阴极为网状。
所述氧化除氯池4的下部设置有供电极抽插的插槽。
所述钛片基底的氧化物阳极是以钛为基底,在其表面先通过涂刷热分解氧化法分别依次得到SnO2和Sb2O5的中间层,然后再通过电化学方法沉积CeO2,以制得Ti-(Sn,Sb)-CeO2的阳极。
所述氧化物阳极的制备步骤如下:(1)钛片的预处理:将钛片用砂纸打磨,呈现出光亮色泽,用浓度为12%的盐酸浸泡40分钟,然后用去离子水冲洗;
(2)取三氯化锑与四氯化锡,加入到乙醇溶液中,使其溶解,控制锡与锑的摩尔比为12:1;得到三氯化锑与四氯化锡的乙醇溶液;向处理好的钛片表面涂均三氯化锑与四氯化锡配的乙醇溶液;当两面涂匀后于80-90摄氏度条件下烘干,取出后在550-600摄氏度条件下煅烧10分钟;上述步骤重复5-8次,最后一次的煅烧时间为2小时,得到具备中间层的电极,备用;
(3)取淡黄色氧化铈及硝酸铜加水和硝酸使之溶解并控制其pH=1.5得到电解液;所述电解液中氧化铈的浓度为6g/L;所述硝酸铜的浓度为12g/L;
(4)将步骤2制得的具备中间层的电极置于步骤3中的电解液中,以两片不锈钢片为阴极,在80-85摄氏度条件下通电,控制电流为1.2A,搅拌,电解4-4.5小时后即得氧化物阳极。
实施例2
具体结构与实施例相同,区别在于氧化物阳极的制备条件;
所述氧化物阳极的制备步骤如下:(1)钛片的预处理:将钛片用砂纸打磨,呈现出光亮色泽,用浓度为18%的盐酸浸泡30分钟,然后用去离子水冲洗;
(2)取三氯化锑与四氯化锡,加入到乙醇溶液中,使其溶解,向处理好的钛片表面涂均三氯化锑与四氯化锡配的乙醇溶液,控制锡与锑的摩尔比为6:1;当两面涂匀后于80-90摄氏度条件下烘干,取出后在550-600摄氏度条件下煅烧10分钟;上述步骤重复5-8次,最后一次的煅烧时间为2小时,得到具备中间层的电极,备用;
(3)取淡黄色氧化铈及硝酸铜加水和硝酸使之溶解并控制其pH=1.5得到电解液;所述电解液中氧化铈的浓度为12g/L;所述硝酸铜的浓度为24g/L;
(4)将步骤2制得的具备中间层的电极置于步骤3中的电解液中,以两片不锈钢片为阴极,在80-85摄氏度条件下通电,控制电流为1.5A,搅拌,电解4-4.5小时后即得氧化物阳极。
图1所示为阳极制作工艺流程。
根据图2所示,氧化除氯池由直流稳压电源提供电压,由调节输出电压控制处理水中氯离子降低的效率和时间。恒流泵可向氧化除氯池4源源不断输入待处理的水,排水贮槽用于处理后的水存放,通过此槽取样可以分析氧化除氯池4对水中氯离子的处理效果。
根据图3所示,氧化除氯池4是一个密闭的有机玻璃圆柱体容器,在底部设计有电极插口,进水方向与电极平行,使得废水能顺利在氧化除氯池4内流通,阳极、阴极的下端由导线分别连接至直流稳压电源的正极和负极,水从氧化除氯池4的的底部进入后,经过氧化除氯池4的一段停留时间氧化降解,上部排出到排水贮槽,氯离子失去电子后生成的氯气由流量计计量后进入气体收集池。
图4、图5的扫描电镜SEM提供了所制备电极的微观结构。
本发明的工作过程如下:
1.安装和固定阳极、阴极于氧化除氯池内,接好导线。
2.取一定量的废水注入贮槽,打开恒流泵,使废水稳定地进入氧化除氯池。
3.配制好氯气吸收液,采用10%氢氧化钠作为吸收液。
4.连接电源与阴阳两极,打开直流稳压电源,开始电化学反应。
实施案例一:利用上述的制备方法制得所需阳极,处理湖北金奥科技有限公司污水排水,污水排水水质为:氯离子625.7mg/L,硬度5.42mmol/L,氨氮约1.877mg·L-1,pH=6.2-6.5,通过设计处理池容积3L;138cm2(四块),阴极面积:138cm2(四块)。
装置先装满3L的废水(不调pH),在不同条件下通电,先静态处理3h,保证处理池中的3L废水中氯离子减低80%,后打开恒流泵,控制进出水流量及停留时间,按照不同条件处理,每小时取样一次,监测排水水池中水样的氯离子浓度,每次试验连续运行,出水氯离子稳定在60.1-67.28mg/L,去除率约89.24-90.4%。
实施案例二:利用上述装置处理神华福能(福建雁石)发电有限责任公司离子交换树脂再生废水,废水水质为:氯离子1683.7mg/L,硬度4.09mmol/L,pH=1.82-2.05,通过设计处理池容积3L;阳极面积:138cm2(四块),阴极面积:138cm2(四块)。
在电流密度为45.0mA/cm2的条件下,酸碱废水中的氯离子从开始的1683.70mg/L下降到505.70mg/L,去除率为70.0%;硬度从4.09mmol/L下降到2.94mmol/L,下降了28.11%。
应当理解的是,本说明书未详细阐述的部分均属于现有技术。
应当理解的是,上述针对较佳实施例的描述较为详细,并不能因此而认为是对本发明专利保护范围的限制,本领域的普通技术人员在本发明的启示下,在不脱离本发明权利要求所保护的范围情况下,还可以做出替换或变形,均落入本发明的保护范围之内,本发明的请求保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (6)

1.一种用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:包括直流稳压电源(1)、恒流泵(2)、贮槽(3)、氧化除氯池(4)、气体收集池(5)、排水贮槽(6)和转子流量计(7),所述贮槽(3)和排水贮槽(6)分别与氧化除氯池(4)连接,贮槽(3)与氧化除氯池(4)之间设置有恒流泵(2),氧化除氯池(4)顶部设置有气体出口,所述氧化除氯池(4)通过气体出口与气体收集池(5)连通;所述氧化除氯池(4)和气体收集池(5)之间设置有转子流量计(7);所述氧化除氯池(4)中设置有与直流稳压电源(1)连接的电极阵列;所述电极阵列包括钛片基底的氧化物阳极和钛片阴极。
2.如权利要求1所述的用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:所述钛片基底的氧化物阳极以钛为基底,其表面依次修饰有中间层和氧化层,中间层为0.2-0.4mm厚的SnO2和Sb2O5的混合层,氧化层为CeO2层。
3.如权利要求1所述的用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:所述钛片阴极为网状。
4.如权利要求1所述的用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:所述氧化除氯池(4)的下部设置有供电极抽插的插槽。
5.如权利要求1所述的用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:所述钛片基底的氧化物阳极是以钛为基底,在其表面先通过涂刷热分解氧化法分别依次得到SnO2和Sb2O5的中间层,然后再通过电化学方法沉积CeO2,以制得Ti-(Sn,Sb)-CeO2的阳极。
6.如权利要求5所述的用于去除水中氯离子的电化学氧化装置,其特征在于:所述氧化物阳极的制备步骤如下:(1)钛片的预处理:将钛片用砂纸打磨,呈现出光亮色泽,用浓度为12-18%的盐酸浸泡30-40分钟,然后用去离子水冲洗;
(2)向处理好的钛片表面涂均三氯化锑与四氯化锡配的乙醇溶液,控制锡与锑的摩尔比为12:1-6:1,乙醇的添加量能将三氯化锑与四氯化锡溶解即可;当两面涂匀后于80-90摄氏度条件下烘干,取出后在550-600摄氏度条件下煅烧10分钟;上述步骤重复5-8次,最后一次的煅烧时间为2小时,得到具备中间层的电极,备用;
(3)取淡黄色氧化铈及硝酸铜加水和硝酸使之溶解并控制其pH=1.5得到电解液;所述电解液中氧化铈的浓度为6-12g/L;所述硝酸铜的浓度为12-24g/L;
(4)将步骤2制得的具备中间层的电极置于步骤3中的电解液中,以两片不锈钢片为阴极,在80-85摄氏度条件下通电,控制电流为1.2A-1.5A,搅拌,电解4-4.5小时后即得氧化物阳极。
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