電解海水或鹽水制消毒劑第一頁，共四十三頁，2022年，8月28日次氯酸鈉發(fā)生器的應用范圍1．消毒。次氯酸鈉是一種消毒劑，用于消毒和抑制藻類的生長。(1)用于飲用水消毒。(2)用于醫(yī)院污水的處理。(3)用于餐具、用具、蔬菜、水果等消毒。(4)用于游泳池水的消毒。(5)發(fā)電廠等冷卻水中投加次氯酸鈉以抑制藻類生長。2．對電鍍含氰化物的廢水處理3．降低BOD。4．除色除味。5．漂白。造紙、印染、紡織等部門可用次氯酸鈉作為漂白液使用，其效果等同于液氯或漂白粉。第二頁，共四十三頁，2022年，8月28日次氯酸鈉消毒的優(yōu)點(1)投資少，運轉費用低(2)使用安全(3)消毒效果好(4)具有余氯效應(5)操作簡便、使用方便。第三頁，共四十三頁，2022年，8月28日工作原理1、原理：包括電解反應和溶液反應。①陽極反應:2C1--2e→Cl2

②陰極反應:2H++2e→H2↑③水解反應：Cl2+H2O→

HClO+HCl④總反應：NaC1+H2O+(2F)=NaC1O+H2↑式中:F為法拉第常數,其數值為96500C或26.8A

?h。所以，在理論上通過1A電流每小時能產生1.39g的NaC1O。第四頁，共四十三頁，2022年，8月28日2、副反應特別是電解電壓過高及電解液中雜質過多時，付反應將嚴重影響電解槽的正常工作并大大降低電流效率。陽極可能發(fā)生的副反應：①析氧反應：4OH-一4e→O2↑+2H2O②次氯酸根彼氧化生成氯酸及鹽酸：12C1O-十6H2O-12e→4HCIO3+8HC1+3O2↑陰極可能發(fā)生的副反應①結垢：主要是電解液中的Ca2+、Mg2+、Ba2+等離子得到電子被還原而形成結垢。②次氯酸根的還原：ClO-+2H++2e→C1-+H2O主次反應之間的關系與電極電位，電流密度，電極材料，電解槽內傳質條件及溫度變化等有關。第五頁，共四十三頁，2022年，8月28日

現場制備次氯酸鈉的主要設備包括：鹽水制備裝置、鹽水處理裝置（根據需要）、電解槽、冷卻裝置、電解槽出水處理系統(tǒng)、鹽水及次氯酸鈉收集罐、整流器、開關控制箱。次氯酸鈉的現場制備系統(tǒng)常見的制備系統(tǒng)包括:(1)SANILEC系統(tǒng)；(2)CLOR-TEC標準系統(tǒng)；

(3)W&T公司的OSEC系統(tǒng)；(4)DeNoraSeador系統(tǒng)第六頁，共四十三頁，2022年，8月28日（1）SANILEC系統(tǒng)第七頁，共四十三頁，2022年，8月28日（2）CLOR-TEC標準系統(tǒng)第八頁，共四十三頁，2022年，8月28日（3）OSEC系統(tǒng)第九頁，共四十三頁，2022年，8月28日電解槽的類型1.膜電解槽第十頁，共四十三頁，2022年，8月28日膜電解槽的優(yōu)勢①陰陽極板的截距可以很小，可提高電流效率，減少多個電解槽并列時占用的空間。②可以避免部分可能發(fā)生的副反應③可以減少對陰極板的腐蝕常用的隔膜有：Nafion膜（全氟磺酸膜）、全氟羧酸膜第十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日2.電催化開放式電解槽開放式電解槽最大的優(yōu)點就是連續(xù)的水流可帶走海水或鹽水中所含的不溶性離子形成的沉淀。第十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日電極材料陰極材料通常包括不銹鋼、鈦板、鈦基鍍鎳陰極、鎳基合金等。陽極材料則有Pt／Ti、Pt／Nb、Pt／Ta、、金屬氧化物、銀、銅、鎳、高強度耐蝕鎳銅合金、各類DSA電極等。第十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日DSA(DimensionalStableAnode)電極了以鈦為基體．表面涂敷鉑族金屬或其氧化物材料制成的電極。為其對析氯反應具有良好的電催化活性、機械穩(wěn)定性和化學穩(wěn)定性。DSA電極由一元涂層（如Ti／PdO、Ti／RuO2、Ti／Pt、Ti／IrO2等）向多元涂層（如Ti／IrOx—TiO2

、Ti／RuO2一TiO2、Ti／IrOx—RuO2一TiO2等）發(fā)展。一元涂層往往難以兼顧催化活性及耐腐蝕性，而多元涂層電極的催化活性和耐腐蝕性較一元組分有顯著提高。第十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日主要技術參數和技術經濟指標

1．基本運行技術參數(1)額定電解電壓。一般額定電解電壓為3～5V(單級)。(2)額定電解電流。(3)額定產率,單位為g/h。G=C×Q

式中C：次氯酸鈉濃度g／LQ:每小時電解液流量(L/h)(4)電解液濃度:每升電解液中含固體食鹽的克數(g/L)表示。一般為3～5％。(5)鹽水消耗量(L/h)。(6)電源電壓、頻率:一般為220/380V±10％;50Hz土2％.(7)設備外形尺寸和安裝尺寸。(8)使用的環(huán)境溫度和濕度。環(huán)境溫度一般為0-40℃，相對濕度為≤90％(20℃時)(9)次氯酸鈉溶液溫度。一般﹤40℃第十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日2．技術經濟指標。(1)直流電耗：次氯酸鈉發(fā)生器的直流電耗是每生成1kg次氯酸鈉在電解槽中消耗的直流電能值，單位為kwh/kgNaCIO，計算公式為：第十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日（2）交流電耗。次氯酸鈉發(fā)生器的交流電耗是每生產1kg次氯酸鈉，設備所消耗的交流電能，數值等于設備電源輸入有功功率與次氯酸鈉產率之比，單位為kWh／kg—Cl2，計算公式為：式中：Pi：輸入有功功率，可以為輸入有功功率表讀數。一般交流電耗為6~10kwh／kg-Cl2，即每生產1kgNaClO交流電耗為6～10千瓦小時。第十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日(3)電流效率:將電解槽中流過一定電量后,有效氯的實際生成量與理論生成量之比，稱為該電解槽的電流效率。計算公式為：式中：Ⅰ:額定電解電流1.39(g/Ah):為電解槽通過1A電流時每小時NaCIO的理論生成量。η=

實際中，次氯酸鈉的產率常用有效氯的產率來表示。其數值等于每升溶液含次氯酸鈉中的氯元素量的2倍。即1g次氯酸鈉等于含有效氯0.953g，因此電流效率可改為:一般電流效率為70～80％左右。最高的可達到86％。第十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日(4)鹽耗：次氧酸鈉發(fā)生器的鹽耗是生成1kg次氧酸鈉所需要消耗的固體食鹽質量，單位為kg／kg—Cl2：計算公式為:鹽耗=式中:S:電解液濃度(g／L)C:有效氯濃度(g／L)一般鹽耗為5～7kg／kg—Cl2。即每生成1kg次氯酸鈉所消耗的固體食鹽為5～7kg．第十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日(5)陽極強化壽命試驗失效時間陽極的電催化選擇性和活性，對設備的直流電耗，交流電耗，電流效率和鹽耗起關鍵性的影響。目前多采用強化試驗方法來評價電極壽命，因此陽極壽命用陽極強化壽命試驗失效時間來表示。其試驗方法是使陽極在1N硫酸溶液中，通以2A／cm2的大電流密度下工作(恒溫)。并隨時測試槽電壓，陽極正常工作時，槽電壓平穩(wěn)。經過一段時間后槽電壓驟然上升，此時陽極失效。從開始試驗到槽電壓驟然上升，所累計的電解時間稱為電極強化試驗失效時間。一般強化壽命試驗失效時間為10～20小時，甚至超過20小時。第二十頁，共四十三頁，2022年，8月28日使用與維修

1.投加量：l為保證消毒或處理效果，必須準確投加次氯酸液，但不同水質變化較大，可通過現場需氯量試驗而求得，加氯量亦稱投加量是需氯量與余氯之和;飲水消毒投加量約為l～3g／t，污水約為20～40g／t。2．食鹽水的凈化。由于食鹽中含有一些不溶性的雜物，容易堵塞水路的流通，使用中對鹽水最好進行過濾，以除去雜物。常用的過濾方式有砂濾、網濾等等。3．電極清洗。如周期性地顛倒電極的極性或采用交流電源、超聲波除垢、機械除垢等。其中周期性顛倒電極極性是最常用的一種方法,但不足之處是降低電流效率及縮短電極壽命。一些研究者提出在極性顛倒之前維持一段時間的零電流,有利于保持電流效率及延長電極壽命。第二十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日4．注意事項(1)電解完畢后，電解槽內的NaCIO液一定要放空，不能使電極浸泡在NaCIO溶液中，否則損壞電極。(2)電解時，冷卻水不能中斷，冷卻水中斷會使電解槽溫度升高而影響NaCIO的產率，甚至影響電極壽命。(3)電解過程中有少量的氫氣和氯氣逸出，為保證安全，應用管道引出室外。(4)陽極壽命終了失效后，可保留鈦基體，拿回原生產廠家重新涂復再用。第二十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日

目前次氯酸鈉發(fā)生器存在的問題

1.電流效率較低

電流效率較低是影響電化學殺菌技術廣泛應用的一個重要原因。提高電流效率的方法主要是通過與其他的工藝相結合產生協同作用提高殺菌效果，如紫外與電化學消毒結合。另外優(yōu)化電解反應器結構,如減小電極間距，也可以在一定程度上提高電流效率,促進殺菌效果。2.陰極結垢

后果：陰陽極極間距減小,造成電流效率下降,流動阻力增加,嚴重時甚至發(fā)生阻塞或短路。影響結垢的因素：結垢的速率與溫度、pH、硬度、堿度及流速有關。解決方法：目前解決結垢問題有兩種思路:一是增加前處理，二是設法將已形成的垢除去,避免垢層增厚。如周期性地顛倒電極的極性或采用交流電源、超聲波除垢、機械除垢等。第二十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日國內外研究的趨勢I.新型電解陽極的研制旨在延長壽命和提高電催化活性，從而降低電耗和鹽耗。其中多組分金屬陽極的進一步研制是努力方向。2.新型電解陰極的研究研究方向是:一是陰極應具有低的氫析出電位；二是陰極反應氣體應容易逸出；三是提高耐腐蝕性能，如鈦基鍍鎳陰極。3.隔膜式電解槽的研制第二十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日第二十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、實驗目的以低濃度的NaCl溶液為電解液時，研究Cl-濃度、電流密度和陽極材料對活性氯產率的影響。二、實驗材料與操作①陽極材料材料載量幾何尺寸Ti/IrO2-Ta2O58gIrm-2inamolarratioof

IrtoTa:70to30113mm×30mm(33.9cm2)Ti/Ptthickness2μm100mm×30mm(30cm2)第二十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日②隔膜：aNafion?450cationexchangemembrane.③極間距：5mm④低濃度NaCl電解液，為了實現活性氯產率的可靠性與重現性，應避免已生成的氯與水中和設備中的氧化性物質反應。為了達到這個目的，第一：所有設備的壁為PTFE材料或有PTFE涂層；第二：增加預電解10min設施。⑤流速:陰陽極電解液均以300cm3/min的流速。⑥陽極室與陰極室的體積分別為:1250cm3,280cm3⑦利用NaOH調節(jié)pH.第二十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日三、結果與討論(1)Cl-濃度對活性氯產率的影響Fig.1.DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentrationintherange0and1500mgdm-3(currentdensity:15mAcm-2,temperature23℃).第二十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日Fig.2.DependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodesonthechlorideconcentration(currentdensity:15mAcm-2,temperature23℃).第二十九頁，共四十三頁，2022年，8月28日（2）溫度對活性氯產率的影響Fig.3.ComparisonofthetemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,chlorideconcentration150mgdm-3).第三十頁，共四十三頁，2022年，8月28日Fig.4.TemperaturedependenceofactivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxidecoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes(currentdensity15mAcm-2,threedifferentchlorideconcentrations:150,250and1000mgdm-3).第三十一頁，共四十三頁，2022年，8月28日（3）電流密度的影響Fig.5.Activechlorineproductionratewithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentandcurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第三十二頁，共四十三頁，2022年，8月28日Fig.6.ActivechlorineproductionrateperAwithiridiumoxideandplatinumcoatedtitaniumexpandedmetalelectrodes,dependenceoncurrentdensity(chlorideconcentration150mgdm-3,temperature23℃).第三十三頁，共四十三頁，2022年，8月28日（4）氯的虧損

氯的虧損是影響精確測量活性氯產量的重要因素，無論水質如何，水本身對氯都有一定的需求，水中所包含的一部分無極和有機雜質都會與生成的氯反應。雖然在本實驗中，對電解液進行了預電解，并對設備內壁都進行了PTFE的改進，但在整個實驗中仍然有持續(xù)微量的氯的虧損。

氯的虧損率仍然可以測量，它要受溫度與pH值的影響，但在本實驗測量的濃度范圍內與氯離子的濃度無關。第三十四頁，共四十三頁，2022年，8月28日溫度對氯的虧損的影響Fig.7.ActivechlorinedecayratedependenceontemperatureatpH7(initialactivechlorineconcentration:29:5mgdm-3;initialchlorideconcentration124mgdm-3,electrolytevolume250cm3).第三十五頁，共四十三頁，2022年，8月28日（5）陰極板表面鈣的沉積實驗一：用自來水（Ca2+的濃度為134mgdm-3,Mg2+的濃度為15mgdm-3)配制電解液，加入K2HPO4/KH2PO4緩沖液，結果沒有結垢。證明結垢與pH有關。實驗二：用含Ca2+濃度為的200mgdm-3且不含HCO3-的電解液，以CaCl2和Ca(NO3)2為電解質，在電解過程中任然沒有結垢。實驗三：利用自來水配制電解液，不加K2HPO4/KH2PO4緩沖液，結果在陰極有結垢。實驗四：利用用含Mg2+濃度為的200mgdm-3且不含HCO3-的電解液，以MgCl2和Mg(NO3)2為電解質，在電解過程中生成白色沉淀物。第三十六頁，共四十三頁，2022年，8月28日由實驗二看出，在pH較大時要形成結垢Ca2+和HCO3-必須同時存在。自來水通常都含有Ca2+、HCO3-和Mg2+，因此形成結垢的主要化學反應是：第三十七頁，共四十三頁，2022年，8月28日第三十八頁，共四十三頁，2022年，8月28日一、研究的背景：由于次氯酸鈉消毒相比于其他消毒方法的明顯的優(yōu)勢，次氯酸鈉發(fā)生器的研究一直是熱點。而無極陶瓷膜相比于聚合物膜具有更好的熱穩(wěn)定性、電化學穩(wěn)定性以及環(huán)境友好性，使無極陶瓷膜具有很好的發(fā)展前景，被應用于應用水凈化和催化氧化有機物。二、實驗目的：以OCTA(titanium(VT-1)coveredwithaCo3O4layer）為陽