專利名稱：用于電解槽的電極結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及如以下權(quán)利要求1的前序部分中所述的在電解槽中用作陽極/陰極的電極結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明還涉及制備所述電極結(jié)構(gòu)的方法。
本發(fā)明還涉及裝有上述陽極和陰極的電解槽的應(yīng)用。
本發(fā)明涉及生產(chǎn)氧化劑和自由基的技術(shù)，所述的氧化劑和自由基用于氧化和清除液體中的有機物，用于氧化和清除液體中顆粒上的有機物，以及用于破壞細菌、孢子、微生物、藻類和病毒。
目前使用的已知方法目前，陽極(電極)用貴金屬薄層電解涂覆的基材來生產(chǎn)。但是，這些電極有尤其短的壽命，它們不允許長期處于高電壓下。如果它們處于高電壓下，那么它們會燒毀。在使用過程中，陽極出現(xiàn)溶解/沉積，以致使它腐蝕。
還生產(chǎn)純金屬或這些金屬的合金的陽極，所述的這些金屬不屬于貴金屬族，但是這些陽極在使用中迅速腐蝕，它們不能生產(chǎn)所需的氧化劑，也不能處于所希望的電壓下。
目前正在使用的另一種更少為人所知的方法涉及將鉭、銥或其混合物軋制到0.015-0.035毫米之間，并焊接到由鈦、鋁或銅制成的陽極芯上。按這一方法，可使用摩擦焊接。這些電極的壽命比用電解法制得的電極要長。它們能耐受高得多的電壓和電流。由于在電解過程變量方面的這些優(yōu)點，即電壓為0-380伏和電流為0-1000安培，生產(chǎn)這樣一種氧化劑的混合物，它包含很高的反應(yīng)性、能力和對于單個氧化劑(Cl2、ClO3-、O3、O2、H2O2、OH、ClOH、O)的功能平衡的可能性，超過其他方法生產(chǎn)的陽極所得到的氧化劑的效果并降低其不希望的作用。
用這些方法制備的限制是在合金混合物中變化的范圍。例如，已知含有20％以上銥的鉑/銥合金(Pt/Ir)難以軋制到所需的厚度。目前，已知所述的合金可軋制到33微米(0.033毫米)。更高濃度的銥甚至產(chǎn)生更大的問題，制備的金屬箔常常變脆。還希望金屬箔有更高的硬度，以便提高機械耐磨損性和耐剝落性。此外，在決定在某一液體中用給定電壓和電流能生產(chǎn)多少某些氧化劑中，金屬箔的厚度是決定性的。還已知例如純鉑在技術(shù)上僅可能軋制到15微米(0.015毫米)。低于這一厚度，就不可能得到致密的金屬箔(沒有孔的)。
最近，根據(jù)上述方法，用于鉭和貴金屬真空/等離子體噴涂的方法已擴大應(yīng)用潛力，因為已開發(fā)出用于噴涂更薄層的方法，同時提高了有100％孔密度的合金混合物的變化范圍，從而擴大了具體的應(yīng)用范圍。
已知的電解方法在其最簡單的形式時提供作為氧化劑的Cl2。但是，另外一些氧化劑(ClO3-、O3、O2、H2O2、OH、ClOH、O)在化學(xué)上有高得多的反應(yīng)活性，它們通過貴金屬涂覆基材得到，在那里電壓處于超過法拉第定律的范圍內(nèi)。
在這些組分中，就能力和不希望的副作用(有機物的鹵化化合物)來說，自由基特別是最強力的氧化劑。已知電解法的問題在于，因為自由基只有千分之一秒的壽命，僅僅在十分靠近陽極表面的地方存在，所以它們不能被利用。因為只有很少一部分通過電解槽的液體與這一陽極表面接觸，所以大量的液體不能有效地暴露到自由基中，以便與希望從液體中清除的有機物、細菌、病毒反應(yīng)。
已知的電解法在陰極上生成氫。氫使陽極生成的氧化劑大大減少，因為氫與氧化劑接觸時生成水。這一點特別適用于與氫接觸的OH-自由基。當(dāng)氫在陽極和陰極之間的電壓場中存在并與陽極接觸時，氫也使液體的導(dǎo)電性下降。
從US 6328875已知，已開發(fā)了各種電解槽設(shè)計，其陽極/陰極由包括貴金屬在內(nèi)的金屬、或來自焊接的或紡織的絲布的炭、多孔金屬網(wǎng)或炭氈、炭紡織布或網(wǎng)狀玻璃炭和金屬泡沫體組成的導(dǎo)電多孔元件制成。所述結(jié)構(gòu)包含開放溶液，在那里流出液在分隔層/陽極和陰極之間的內(nèi)部通過，達到開放區(qū)域(開放溶液)。將疊片夾在一起，并用分隔層將單極或雙極的陽極/陰極分開，以便防止短路。然后在該過程中流出液與陽極/陰極/分隔層平行通過。
此外，已知US 6342151包含由選自多孔板、篩網(wǎng)、毛、氈和由不銹鋼、鋁、銅、鍍鉑的鈦、混合金屬氧化物、金和鍍金的鋼制成的織物的可透過導(dǎo)電材料制成的陽極/陰極。這種電極也使用分隔層，以便防止當(dāng)所述陽極和陰極之間的距離很小時陽極和陰極之間短路。
大家都知道，分隔層使電解過程中的電流消耗增加，并使通過電極的流量下降。
大家還知道，由于處理的流出液中Mg和Ca成分引起的結(jié)垢是電解的一個重要問題。當(dāng)含Mg和Ca的流出液(例如海水)通過陽極/陰極反應(yīng)時，出現(xiàn)結(jié)垢問題。如果流出液的速度太慢，在陽極和陰極之間加速晶體的橋接，造成過程污染。將速度提高到這樣的程度可在一定程度上防止這一問題，以致在所有Mg和Ca達到陰極以前都被排出。如果陽極和陰極為相同的或同等的反應(yīng)性材料，那么另一種方法是定期改變陽極和陰極的極性。這樣當(dāng)陰極轉(zhuǎn)變成陽極時，結(jié)垢從陰極上脫落。
本發(fā)明的一個目的是要提供一種新型的和改進的電極結(jié)構(gòu)，它能消除由于需要分隔層造成的能量損失，還允許陽極和陰極之間有很近的距離，而又沒有短路的危險。
本發(fā)明的一個目的是允許大的流速垂直通過電極，而同時保持電解的全部效率，以便防止由于結(jié)垢產(chǎn)生的污染。
本發(fā)明的一個目的是要提供一種用于制備上述氧化劑(例如Cl2、ClO3-、O3、O2、H2O2、(OH)、(ClOH)、(O))的新型的和改進的電極結(jié)構(gòu)，它最宜利用在陽極表面生產(chǎn)的自由基。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種新型的和改進的電極結(jié)構(gòu)，其中可消除由于在陽極和陰極之間以及在陰極上氫的干擾產(chǎn)生的氧化降低作用。
本發(fā)明的另一個目的是將基本上全部液體與靠近陽極的的區(qū)域接觸，在所述區(qū)域產(chǎn)生自由基以及自由基的壽命有千分之若干秒(毫秒)。因為自由基為最主要的氧化劑，還考慮到其他氧化劑的不希望的副作用與現(xiàn)有技術(shù)相比，對創(chuàng)造性關(guān)鍵的是自由基對要消毒/氧化的材料的作用大大提高。
本發(fā)明的另一個目的是要制備一種陽極，其中當(dāng)它連接到本發(fā)明的電路中時，相對于要處理的液體體積，其能耗大大下降。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種新型的和改進的方法，其中有可能簡單地制備比以前已知的電極有更高使用性能的電極。
本發(fā)明的另一個目的是要提供一種電極的應(yīng)用。
本發(fā)明的設(shè)備、方法和應(yīng)用具有獨立的權(quán)利要求書的特征條款中顯現(xiàn)的特點。
本發(fā)明的其他特點分別在從屬權(quán)利要求中給出。
根據(jù)本發(fā)明，提供了這樣一種方法，所述的方法適合使用金屬絲、針織的、紡織的或編織的金屬絲網(wǎng)用于，以及用來生產(chǎn)可用于利用電解生產(chǎn)氧化劑混合物特別是自由基的陽極和/或陰極。
本發(fā)明的特征在于，陽極用鉭、鈮、鉿、鋯、鉑、銠、銥、釕、鈀或其合金針織或編織的金屬絲或金屬絲網(wǎng)組裝，或用上述金屬的不同金屬絲的混合物組裝。
本發(fā)明的特征在于，陰極用316L鋼絲或用更高級合金化的導(dǎo)電的和耐腐蝕材料的針織或編織的金屬絲或金屬絲網(wǎng)組裝。
本發(fā)明的特征還在于，所述金屬絲或陽極金屬絲網(wǎng)和陰極金屬絲網(wǎng)可緊密結(jié)合在一起而沒有短路接觸，因為不導(dǎo)電的耐氧化劑材料的分隔網(wǎng)、隔膜或交叉的方形粗網(wǎng)安裝在陽極和陰極之間，以便將它們分開，以防止短路接觸。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選的實施方案，可將高級的導(dǎo)電材料以單個地或粗方型圖案安裝在陽極和陰極上，然后可用耐氧化劑的絕緣材料與電解液絕緣，以便通過在暴露的金屬絲網(wǎng)或金屬絲網(wǎng)區(qū)域的流動提供平穩(wěn)的電流。
本發(fā)明的特征在于，陽極/陰極安裝在必須通過陽極/陰極的液體流中，或者陽極/陰極安裝在生產(chǎn)氧化劑的容器中。
此外，本發(fā)明的特征還在于，通過淡水的電解，可使用SS316L質(zhì)量或更高級合金化金屬的陰極金屬絲網(wǎng)和陽極金屬絲網(wǎng)。
此外，本發(fā)明的特征還在于，通過淡水的電解，可用光化學(xué)穿孔的SS316L板代替紡織的、針織的或編織的金屬絲網(wǎng)，以便替代金屬絲網(wǎng)。
本新方法的優(yōu)點通過將超過法拉第定律的高電流密度的電流作用在金屬絲組合件或上述的金屬或貴金屬的紡織的、針織的或編織的金屬絲網(wǎng)上，達到高的自由基和反應(yīng)性氧化劑的產(chǎn)量。這一產(chǎn)量意味著特別高的有機物氧化和消毒作用。
本發(fā)明與現(xiàn)有的電解槽/方法的不同點在于，在那里由帶有一層生產(chǎn)反應(yīng)性氧化劑的貴金屬的陽極制備自由基、臭氧、過氧化氫、chlordioxide和次氯酸鹽，以及提供這樣一種電極結(jié)構(gòu)，因此生產(chǎn)的自由基可比以前的更優(yōu)化地利用。
這一點可通過一定形狀的陽極來提供，包括本文公開的金屬絲網(wǎng)，金屬絲的距離為100-25000微米或18-25000微米的方孔，其中金屬處于超過法拉第定律的電壓下，靠近陽極得到高產(chǎn)量的氧化劑。
通過使用本發(fā)明的電極結(jié)構(gòu)，將要處理的液體通過金屬絲網(wǎng)，在那里金屬絲網(wǎng)的開孔的孔徑最小為15微米。通過時，壽命為千分之幾秒的自由基反應(yīng)基本上對流過金屬絲網(wǎng)的所有液體起作用。其他電解氧化過程在陽極表面上得到1-3％自由基作用。使用本發(fā)明，得到95-98％的自由基作用利用效率。這是由于95-98％的液體靠近陽極通過，在那里自由基在液體實際上流過細網(wǎng)陽極條件下消耗完它的壽命。
本發(fā)明與現(xiàn)有的電解槽/方法的不同點在于，陽極和陰極可通過分離元件(分隔層)或由粗方形不導(dǎo)電材料制備的分隔網(wǎng)很緊密地靠在一起。
根據(jù)本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，優(yōu)選每一個框架在其每一側(cè)面上都被兩層絲網(wǎng)覆蓋。但是，如

圖1A、1B和1C所示，框架僅包含一個絲網(wǎng)層就足夠了。
根據(jù)最優(yōu)選的實施方案，通過施加顯著的拉緊力/壓力以及還可能通過加熱和使用粘合劑或通過感應(yīng)焊接或激光焊接同時將金屬絲或穿孔的金屬箔保持在足夠的拉緊力下，將金屬絲網(wǎng)或平行絲12和14分別粘到導(dǎo)體框架10的每一側(cè)。因此，在導(dǎo)體的每一個側(cè)面上覆蓋暴露區(qū)域的金屬絲或金屬絲網(wǎng)被穩(wěn)定。有可能金屬絲網(wǎng)包含一些平行絲，在那里每10根或20根絲中有一根鉭絲，而其他的為鉑絲。
不導(dǎo)電材料的(PVS或聚丙烯材料的)和具有框架10的準確形狀(平面圖)的分隔層箔16被固定和錨固在框架10的一個金屬絲層14或所述的隔離絲網(wǎng)上。因此，隔離絲網(wǎng)16的開孔18與框架10的流通開孔18對準。因此，已被絲網(wǎng)12、14覆蓋的框架10的流通開孔18未被所述的分隔層箔16覆蓋?？蚣?0的厚度可為5毫米，而分隔層箔16的厚度可低至0.3毫米(表示陽極和陰極表面之間的分離)。因此，使用中框架的水/液體流通性質(zhì)未受干擾。
因此，陽極或陰極的電極單元包括所述的有許多流通孔18的導(dǎo)電框架，其兩個側(cè)面被穿孔板、金屬絲(平行絲或絲網(wǎng))和僅在一側(cè)的分隔層箔18覆蓋。此外，導(dǎo)電框架10(陽極或陰極的)包含用于連接到充足供電(電壓和電流)的設(shè)備20。
為了建造一個單一(最簡單的)電解槽，將圖4所示的兩個電極單元彼此相互靠近安裝成一線，以致所述的分隔層18在一個電極單元的陽極面14和相鄰電極單元的陰極面12之間提供必要的距離(例如0.3毫米)。
優(yōu)選用不可氧化的材料覆蓋導(dǎo)體框架(如為不銹鋼的)10和覆蓋所述框架的導(dǎo)電絲(絲網(wǎng))部分12、14，以便防止與電解液接觸，類似圖1C中所示的方式。
由許多上述電極單元對(最多到50對)組成的電解槽可為圓形或矩形。圓形電極單元的直徑可例如最高到1米，表示通過單元的水流。根據(jù)本發(fā)明，可將電解槽放入輸送要處理水的管道中，例如如圖5所示。當(dāng)足夠的電壓施加到陽極/陰極組時，流過所述單元的絲網(wǎng)的單元(開孔18)的工藝水得到與絲網(wǎng)的陽極絲上生成的氧化劑和自由基的反應(yīng)性緊密接觸。
圖4A和4B為構(gòu)成每一單元的4個層20、12、14、16的透視圖(矩型和圓型)。
圖4B表示陽極或陰極絲網(wǎng)，在那里高剛性的導(dǎo)電材料的導(dǎo)體框架支承暴露的陽極或陰極表面，以便在大的區(qū)域內(nèi)或在高電流的情況下得到均勻的電流分布。將絲網(wǎng)附在導(dǎo)體框架的兩側(cè)。與剛性導(dǎo)體框架相同形狀的不導(dǎo)電的隔離材料附在所述絲網(wǎng)的一側(cè)。
可將單一陽極或陰極的組合件按一個陽極和一個陰極堆積在一起最多到50個。
陽極和陰極可為相同材料或不同材料。在類似材料的情況下，可交替變化提供的DC電源，以便避免結(jié)垢和不均勻的剝落和磨損。陽極的尺寸都可大于1米直徑。流量可為數(shù)升/小時(最小的電解槽)至大于1000米3/小時(最大的電解槽之一)。在316L陽極上，典型的電流密度為38毫安/厘米2，得到Cl含量為5ppm。對于貴金屬來說，在陽極面積為0.5厘米2下，典型的電流密度已試驗到270安培。
金屬絲網(wǎng)可由彼此平行安裝到框架的單個絲或由紡織的、針織的或編織的或感應(yīng)焊接的單個絲制成，以制成上述絲網(wǎng)。每個平行的之間的距離是。
優(yōu)選的是，這樣將每一單個金屬絲或穿孔的金屬箔附到導(dǎo)電框架上，以致在暴露的電極區(qū)域上達到均勻電流分布的電接觸，而暴露的電極區(qū)域變得張力穩(wěn)定，以便不必使用傳統(tǒng)的分隔層，于是框架或?qū)w通過耐氧化劑的絕緣體/涂層與液體電解液隔絕。
優(yōu)選將要處理的水通過機械顆粒分離裝置，以便除去大于電極中透光孔徑(light aperture)的所有的顆粒和有機物。
此外，液體按本發(fā)明處理以后，將它通過疏水吸附過濾器或疏水吸附介質(zhì)，以便除去可能過量的有機化合物。
處理以后，優(yōu)選將液體通過絮凝設(shè)備，以便除去電飄浮的有機物。
因為通過放置與框架本身有相同形狀的不導(dǎo)電材料的箔、薄膜或粗結(jié)構(gòu)來提供間隔，陽極和陰極之間的暴露間隔不需要傳統(tǒng)的或另外的分隔層。間隙可低至0.3毫米。這意味著通過本發(fā)明有可能得到有很低電壓的高電流密度，這意味著在沒有分隔層造成的流量或電流損失的條件下很容易超過法拉第定律并提供所需的反應(yīng)性氧化劑的制備。
在導(dǎo)體框架兩側(cè)裝有金屬絲/金屬絲網(wǎng)或穿孔的箔的另一優(yōu)點是，可允許對于通至用于電解的暴露區(qū)域的極大電流每毫米2的性能提升。在兩側(cè)有覆蓋的5毫米厚框架能在兩側(cè)設(shè)置薄隔離的框架，在那里陰極金屬絲網(wǎng)/穿孔的金屬箔可放置在靠近陽極距離低至0.3毫米的地方。由于改變距離，大于3000安培的電流可通過電極。
本發(fā)明與現(xiàn)有的電解槽/方法的不同點在于，借助很低的電壓，可能得到大面積的必要的高電流密度，而又不降低通過要處理的液體流通的量。這也意味著大量要處理液體可很廉價地處理。與其他的電解槽不同，所述電解槽的體積生產(chǎn)能力甚至在陽極和陰極之間的距離從5厘米下降到0.3厘米時也不改變，因為相同的液體體積流量通過陽極和陰極，而與它們之間的距離無關(guān)。
本發(fā)明與現(xiàn)有的陽極的不同點在于，與金屬的重量和實際的表面相比，金屬絲的應(yīng)用在相當(dāng)大的程度上提高了陽極的面積。因此，同時因為每厘米2的效率提高，也使貴金屬的費用大大下降。
本發(fā)明與現(xiàn)有的電解槽/方法的不同點在于，由于陽極和陰極之間的距離可下降到0.3毫米，而又不降低電解槽的生產(chǎn)能力，以致它可在淡水(地表水和地下水)使用鐵的導(dǎo)電性，所以它有可能得到高的電流密度、低的能耗和高的液體體積流。
使用本發(fā)明，有可能將不同金屬的作用相結(jié)合。例如，包含一些其他鉑族貴金屬絲的鉭陽極金屬絲網(wǎng)主要產(chǎn)生臭氧、自由基和過氧化氫以及很少的次氯酸鹽和chloride dioxide。這是由于所有的電流都由貴金屬絲例如鉭立即產(chǎn)生，并立即得到氧化物分隔層。
本發(fā)明與現(xiàn)有的電解槽/方法的不同點在于，可用低的費用來處理大量目前世界上大部分現(xiàn)有組成的液體，例如地表水、淡水和地下水。甚至使用316L鋼或更高級合金化的金屬的陽極和陰極，陽極沒有氧化或腐蝕。這是由于甚至用地下水和地表淡水中的平均導(dǎo)電性，有很低能耗的高電極表面生成必需的氧化劑(臭氧和自由基)。
本發(fā)明的特征在于，液體可通過陽極和陰極，因為導(dǎo)電材料的框架固定到陽極和陰極金屬絲網(wǎng)，形成足夠的接觸，金屬絲網(wǎng)優(yōu)選在框架的兩側(cè)，并用不可氧化的材料涂覆導(dǎo)體框架，以便防止與電解液接觸?？商峁┎粚?dǎo)電的耐氧化劑材料的隔離材料，然后組裝陽極或陰極。隔離材料與導(dǎo)體框架有相同的形狀，并有不同的厚度。
參考以下的說明書和以下的附圖更詳細地說明本發(fā)明的設(shè)備，其中圖1A表示用單個貴金屬絲網(wǎng)覆蓋的高導(dǎo)電性銅框架1的陽極1平面示意圖。
圖1B表示包含紡織的、針織的或編織的金屬絲網(wǎng)4(例如不銹鋼316L)的陰極框架3。金屬絲網(wǎng)固定其上的高級導(dǎo)體框架1用模壓的耐氧化劑的絕緣體隔絕。
圖1C表示除了其他細節(jié)外，用參考數(shù)5表示的耐氧化劑的絕緣體的側(cè)視圖。
圖2表示固定到已絕緣的高級導(dǎo)體的金屬絲網(wǎng)陽極。
圖3表示固定到已絕緣的高級導(dǎo)體的金屬箔陽極。
圖4A表示矩形電極結(jié)構(gòu)的透視圖，它在本說明書中在前面公開了。
圖4B表示本發(fā)明的圓形電極的透視圖。
圖5表示由金屬絲、編織的、紡織的或針織的金屬絲網(wǎng)制作的電解槽(為簡便起見，僅示出一套陽極和陰極)的截面圖，在陽極和陰極之間有分離絲網(wǎng)，以便防止短路接觸。由于液體通過陽極和陰極，它被處理，以致從陰極放出氫并遠離陽極。
圖5中所示的結(jié)構(gòu)用于處理船只鎮(zhèn)倉水以及包括含有細菌、微生物、藻類和孢子的海水的對照和驗證實驗。正如箭頭所示，將高度污染的水一次通過100安培的電解槽。結(jié)果表明，包括孢子在內(nèi)的100％的上述污染物被破壞。實驗結(jié)果的外推表明，為了用2.5米2的陽極表面處理2500米3/小時工藝水，所需的能耗為5千瓦小時。
同樣，將圖5中所示的結(jié)構(gòu)用于證實在淡水中生成氧化劑。陽極/陰極的距離為1毫米，在一次流過的過程中，貴金屬絲網(wǎng)的陽極生成0.5ppm臭氧。放大模型表明，對于2.5米2的陽極表面，處理2500米3/小時需要87千瓦小時。
用316L鋼的陽極金屬絲網(wǎng)和陰極金屬絲網(wǎng)重復(fù)實驗。在一次流動過程中，在80伏和3安培下在飲用水中生成0.91ppm臭氧。
圖6表示電解槽的截面圖，在那里液體加到金屬箔或金屬絲網(wǎng)的兩個平表面，因此液體經(jīng)陽極的每側(cè)通過陰極，以致氫不與陽極接觸或在陽極和陰極之間的電場中。
這種電解槽用于破壞海水漿液中顆粒上的聚芳烴(PAH)和PCB。按相對高的濃度計，由于在20分鐘內(nèi)小心加入電解液和混合物循環(huán)，PAH的含量下降99.6％，而PCB的含量下降76％。
現(xiàn)在提供本發(fā)明的另外一些實施例。
實施例1組裝圖4B所示的包括5個陽極和6個陰極的電極組，如圖4所示有1毫米分隔層，電極都為316L鋼，而陽極總面積為1013厘米2。液體以10升/分的速率流過電解槽。流出液為來自地表水源的未處理飲用水，其鹽度為1.5-5ppm并有高的腐殖質(zhì)含量。將大腸桿菌以560000個細菌/毫升的濃度加到水中。一次通過20安培電流的電解槽顯示在處理以后在所取的全部樣品中的消毒總效率。在通過電解槽后2-20分鐘取得樣品系列。
相同的樣品分析了三鹵甲烷(氯化有機化合物和溴化有機化合物)。這些樣品表明結(jié)果為0.9-2.5ppb。與水的氯化相比，這一結(jié)果是極低的。施加18.5安培時，細菌的總數(shù)大于10log 3。
實施例2使用實施例1中相同的設(shè)備和類似的水，但電極的數(shù)目成倍增加，以達到更高的安培數(shù)。目標是要使IPN Virus失活。在60安培下達到所希望的10log 3失活率。此外，在相同的條件下，也使相同log的Areomonas Salmonicida失活?？偟氖Ｓ嘌趸瘎?.7變化到1.6ppm。
實施例3來自石油和天然氣生產(chǎn)含有PAH、烴類、酚類和重要濃度BETEX的生產(chǎn)水通過圖4B所示的針織金屬絲布的貴金屬陽極1和陰極2。電流強度為300安培，陽極面積為180厘米2。流速為180升/分。酚類從1580個微克/升下降到0.51個微克/升。PAH 16從34.7個微克/升下降到3.92個微克/升。NPD從114個微克/升下降到3.92個微克/升。TEOM(C10-C40)從16個毫克/升下降到2.41個毫克/升。
實施例4來自煉油廠的含有1600ppm H2S、2-3％酚類和2900ppm銨的被污染流體通過與3個316L鋼絲網(wǎng)的陰極堆疊的2個貴金屬絲網(wǎng)陽極進行處理。陽極總面積為225厘米2。電流為300安培。流量為140升/分。Cl含量為2％NaCl。40升料處理15分鐘以后，H2S被氧化到0ppm，再處理15分鐘使銨含量為3ppm，而酚含量為300ppb。在處理過程中，用添加劑控制pH值。
實施例5將來自石油和天然氣工業(yè)的250克鉆井切屑液(Drill cuttings)在實施例4所述的條件下通過電極進行處理。將切屑液分散在22升含有6％NaCl的流出液中。目標是從顆粒中除去烴類。在1小時處理中，初含量為7.62％的烴類下降到1.32％。
實施例6將深藍色織物染色廢水通過跨過5英寸直徑園形陽極導(dǎo)體框架的貴金屬絲的陽極，以致陽極的面積總計僅為0.5厘米2。2個陰極為316L鋼的金屬絲網(wǎng)。20升批料以流速180升/分通過電極進行處理。體積為20升。NaCl含量為5％。電流為270安培。在25-35秒內(nèi)，廢水變水白。
權(quán)利要求
1.一種在電解槽中用作陽極和/或陰極的電極結(jié)構(gòu)，其特征是包括有許多液流通開孔(18)并有連接電源的裝置(20)的導(dǎo)體框架(10)，框架的一個或兩個側(cè)面用導(dǎo)電的穿孔金屬箔或金屬絲網(wǎng)覆蓋，金屬絲網(wǎng)包含適合覆蓋框架(10)表面結(jié)構(gòu)的分隔裝置(18)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，框架的兩平側(cè)面用導(dǎo)電的穿孔金屬箔或金屬絲網(wǎng)覆蓋，而分隔裝置安裝到所述的金屬箔或金屬絲網(wǎng)上。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，分隔裝置為箔，其平面部分與框架的平面圖相對應(yīng)，以便不干擾通過框架的流通性質(zhì)，同時防止使用時電極之間的電接觸。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，分隔裝置箔(16)的厚度為約0.3毫米。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬絲網(wǎng)包含平行的絲或金屬絲網(wǎng)，有可能金屬絲網(wǎng)包含平行絲，其中每10根或20根絲有一根為鉭絲，而其余的絲為鉑絲。
6.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，為了在下述金屬之間得到相應(yīng)的導(dǎo)電性，通過摩擦焊接、激光焊接或優(yōu)選通過使用壓力/熱和粘合劑，將陽極或陰極或兩者的金屬絲網(wǎng)/金屬絲/穿孔的金屬箔充分錨固到高級導(dǎo)電材料的框架導(dǎo)體的優(yōu)選兩側(cè)或一側(cè)，其中將足夠的張力加到金屬絲網(wǎng)/金屬絲/穿孔的金屬箔，以得到避免使用中陽極和陰極之間短路所需的穩(wěn)定性，其中導(dǎo)體框架本身通過耐氧化劑的不導(dǎo)電材料與電解液隔絕。
7.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，通過使用壓力、熱和粘合劑或感應(yīng)焊接或激光焊接，將每一單個金屬絲或穿孔的金屬箔連到良好導(dǎo)電材料框架上，同時將金屬絲或穿孔的金屬箔保持在足夠的張力下，以便獲得使暴露的電極區(qū)域上形成均勻電流分布的電接觸，而暴露的電極區(qū)域變得張力穩(wěn)定，以便不必使用傳統(tǒng)的分隔層，而通過其上的耐氧化劑的絕緣體/涂層使框架或?qū)w與液體電解質(zhì)隔絕。
8.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，在每一電極中的金屬絲，當(dāng)單個放置時，它們間隔100-25000微米，而當(dāng)它們?yōu)榧徔椀?、針織的、感?yīng)焊接的或編織的金屬絲網(wǎng)時，有15-25000微米的通氣孔。
9.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，陽極由鉭、鈮、鉿、鋯、鉑、銠、銥、釕、鈀或其合金或由上述不同金屬的金屬絲的合金或組合物制成，或陽極由SS316L鋼或更高級合金化金屬制成。
10.根據(jù)任意上述權(quán)利要求中的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，陽極由金屬箔制成，將它設(shè)計成能與金屬絲或紡織的、針織的或編織的金屬絲網(wǎng)的陰極放置在電解室內(nèi)，液體流引導(dǎo)至在金屬箔的兩側(cè)，并通過陰極金屬絲網(wǎng)/陰極金屬絲流出。
11.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，陽極和陰極僅由通過光化學(xué)作用密集穿孔的SS316L或更高級合金板組成。
12.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，板的厚度為25-1000微米，而穿孔的直徑為25-2000微米。
13.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，金屬絲的直徑為0.010-5毫米。
14.根據(jù)任意上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)，其特征在于，電解室中，陽極為0.015-0.300毫米厚的鉭、鈮、鉿、鋯、鉑、銠、銥、釕、鈀或其合金的金屬箔，其中陰極有金屬絲或紡織的、針織的、感應(yīng)焊接的或編織的金屬絲網(wǎng)形式，液體流可引導(dǎo)至金屬箔的兩側(cè)，而通過陰極金屬箔/陰極金屬絲流出。
15.一種用于制備在電解槽中用作陽極和/或陰極的電極的方法，其特征是提供導(dǎo)電的框架(10)，它有許多液體流通開孔(18)并有連接電源的裝置(20)，框架的一個或兩個側(cè)平面用導(dǎo)電的穿孔金屬箔或金屬絲網(wǎng)覆蓋，將所述的箔或金屬絲網(wǎng)通過箔或金屬絲網(wǎng)板進行拉伸或張緊，然后通過焊接和/或粘合操作來壓緊并固定到框架表面上，從而固定到框架上。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的方法，其特征在于，將分隔裝置安裝到所述的金屬箔或金屬絲網(wǎng)上，所述的分隔裝置(18)為箔，其平面部分與框架的平面圖相應(yīng)，以便在使用中不干擾框架的流通性質(zhì)。
17.根據(jù)權(quán)利要求15-16的方法，其特征在于，隔離箔為PVC或聚丙烯片，并焊接到框架/導(dǎo)電的金屬絲網(wǎng)上。
18.根據(jù)權(quán)利要求15-17的方法，其特征在于，分隔裝置箔(16)的厚度為約0.3毫米。
19.上述權(quán)利要求的電極結(jié)構(gòu)在電解槽中的應(yīng)用，其中將單個陽極電極和陰極電極堆疊和互連在一起，其數(shù)目為1個陽極至50個。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的電極結(jié)構(gòu)在處理液體/水的電解槽的應(yīng)用，其中陽極和陰極為相同材料或不同材料，在相似材料的情況下，可交替變化提供的直流DC電源，以避免結(jié)垢和不均勻的剝落和磨損。
21.根據(jù)權(quán)利要求19-20的電極結(jié)構(gòu)在處理液體/水的電解槽的應(yīng)用，其中流量可為幾升/小時至大于1000米3/小時。
22.根據(jù)權(quán)利要求19-21的電極結(jié)構(gòu)在處理液體/水的電解槽的應(yīng)用，其中316L陽極的典型電流密度為38毫安/厘米2，得到的Cl含量為5ppm，而對于貴金屬來說，在陽極面積為0.5厘米2時，電流為270安培。
23.根據(jù)上述權(quán)利要求19-22的陽極和陰極在電解槽的應(yīng)用，用于通過電解生產(chǎn)氧化劑，以便用于液體中有機物的氧化和液體中顆粒上的有機物的氧化。
24.根據(jù)上述權(quán)利要求19-23的陽極和陰極在電解槽的應(yīng)用，用于通過電解生產(chǎn)氧化劑，以便用于液體中細菌、孢子、微生物、藻類和病毒的氧化和破壞。
25.根據(jù)上述權(quán)利要求19-24的陽極和陰極在電解槽的應(yīng)用，用于通過電解生產(chǎn)氧化劑，以便用于淡水和飲用水的處理。
26.根據(jù)上述權(quán)利要求19-25的陽極和陰極在電解槽的應(yīng)用，其中被污染的液體/水通過陽極和/或陰極中的透光孔進行處理。
27.根據(jù)上述權(quán)利要求19-26的陽極和陰極在電解槽的應(yīng)用，用于通過電解生產(chǎn)氧化劑，以便用于船只壓艙水中小于100微米的病毒、孢子和細菌以及微生物、藻類和藻類孢囊的破壞。
28.根據(jù)上述權(quán)利要求19-27的陽極和陰極的應(yīng)用，其中處理中的液體按本發(fā)明處理以前先通過機械顆粒分離裝置，以便除去大于電極中透光孔的所有顆粒和有機物。
29.根據(jù)上述權(quán)利要求19-28的陽極和陰極的應(yīng)用，其中已處理的液體按本發(fā)明處理以后通過疏水的吸附過濾器或疏水的吸附介質(zhì)，以便除去可能過量的有機化合物。
30.根據(jù)上述權(quán)利要求19-29的陽極和陰極的應(yīng)用，其中處理中的液體通過浮洗裝置，以便除去電飄浮的有機物。
全文摘要
該電極結(jié)構(gòu)的特征在于包括一種在電解槽中用作陽極和/或陰極的電極結(jié)構(gòu)，其特征是包括有許多液流通開孔(18)并有連接電源的裝置(20)的導(dǎo)體框架(10)，框架的一個或兩個側(cè)面用導(dǎo)電的穿孔金屬箔或金屬絲網(wǎng)覆蓋，金屬絲網(wǎng)包含適合覆蓋框架(10)表面結(jié)構(gòu)的分隔裝置(18)。本發(fā)明還公開了制備所述電極的方法和陽極和陰極的應(yīng)用。
文檔編號C25B11/02GK1714175SQ03823469
公開日2005年12月28日 申請日期2003年8月26日 優(yōu)先權(quán)日2002年8月26日
發(fā)明者J·貝爾特 申請人:Oro公司