УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2013 года по МПК C02F1/461 C25B11/10 C25B9/00 

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к конструкциям устройств электролиза, и может быть использовано для очистки и обеззараживания питьевой воды, а также для получения моющих и дезинфицирующих растворов.

Техническим результатом изобретения является увеличение производительности электролизных устройств. Дополнительным техническим результатом заявленного предложения является значительное уменьшение образования отложений солей жесткости на электродах электролизных устройств, что позволяет увеличить срок между профилактическими работами.

Известен ряд конструкций электролизных устройств, содержащих титановые электроды различной конфигурации, направленных на увеличение эффективности производительности электролизных устройств.

Так, например, известно устройство для электрохимической обработки жидкости RU 2063932 от 20.07.1996, содержащее электрохимическую ячейку, выполненную из титановых вертикальных коаксиальных цилиндрического и стержневого электродов.

Согласно патенту RU 26796 от 20.12.2002 известен проточный электролизер, состоящий из емкости с расположенными на противоположных ее стенках входным и выходным патрубками и средств подвода тока. В емкости находятся группы титановых монополярных и биполярных вертикальных пластинчатых электродов.

Приемы, применяемые в вышеуказанных конструкциях, хотя и позволяют решить задачу электролиза, однако не являются достаточно эффективными.

Известен ряд технических решений, направленных на увеличение надежности функционирования электролизных устройств, путем применения различных способов удаления отложений солей жесткости на катодах этих устройств.

Так, например, известен электролизер, реализованный в RU 16504 от 21.09.2000, в котором для удаления отложений солей жесткости применяется подача сжатого газа от компрессора в межэлектродное пространство электролизера. Указанный способ не позволяет эффективно удалить солевые отложения и предполагает дополнительную кислотную промывку.

Известен электролизер, в котором для удаления отложений солей жесткости применяется промывка соляной кислотой. В указанном способе применяется опасное вещество - кислота, что требует дополнительных мероприятий для соблюдения требований нормативных документов по обращению с опасными веществами.

Приемы, применяемые в вышеуказанных технических решениях, хотя и позволяют решить проблему удаления отложений солей жесткости (соли кальция и магния), получаемых при электролизе солевых растворов, однако не являются достаточно эффективными.

Задачей, которую решает предлагаемая конструкция, является увеличение производительности электролизных устройств, при значительном уменьшении образования отложений солей жесткости на электродах.

С целью увеличения эффективной поверхности электродов и обеспечения достаточно низкого перенапряжения, при заданной плотности тока, поверхность титановых электродов обрабатывают в водном растворе, содержащем 300-350 г/л солянокислого гидроксиламина 40-50 г/л кислого фтористого аммония в течение 1-2 мин при температуре 80-90°C. Затем титановые электроды промывают в горячей воде и обрабатывают в водном растворе фтористого аммония 20-25 г/л и 1-1,5 г/л уротропина в течение 0,5-1 мин при температуре 18-25°C. При этом происходит повышение каталитической активности поверхности электродов - активация электродов.

Дополнительным результатом активации электродов является уменьшение шероховатости поверхности и увеличение класса чистоты.

Сущность предлагаемой конструкции заключается в том, что в устройстве для электрохимической обработки жидкости, содержащей корпус с входными и выходными патрубками, применяется электродный блок с титановыми активированными электродами, у которых поверхность имеет повышенную каталитическую активность и высокий класс чистоты.

Для проведения эксперимента была собрана электролизная установка, изображенная на фиг.1. В емкости (1) находится водный раствор поваренной соли концентрацией 30 г/л. В первом случае экспериментальный активированный титановый катод (2), образующий вместе с активированным анодом, покрытым рутением (3), электролизную ячейку, погружен в раствор и имеет потенциал в 3,5В от источника постоянного тока (4). Для ускорения эксперимента применена жесткость воды 25 мг-экв/л. Концентрация активного хлора в получаемом гипохлорите натрия замеряется йодометрическим методом по ГОСТ 18190-72 с предварительным разбавлением пробы в 1000 раз.

Во втором случае вместо активированных катода и анода используются контрольные обычные титановые катод и анод.

На фиг.2 изображен график зависимости концентрации активного хлора от времени электролиза для экспериментальной (Ряд 1) и контрольной установки (Ряд 2).

Как видно из графика, при заданной плотности тока с течением времени величина концентрации активного хлора в получаемом гипохлорите натрия в емкости с экспериментальными активированными электродами больше на 5-10%, чем в емкости с контрольными.

Таким образом, титановые электроды с активированной поверхностью увеличивают производительность установки по активному хлору.

На фиг.3 изображен график зависимости тока (мА) от продолжительности электролиза на экспериментальной (Ряд. 2) и контрольной (Ряд. 1) установке. Как видно из графика, с течением времени значение тока на контрольной установке существенно уменьшается, т.к. отложения солей жесткости на катоде создают дополнительное сопротивление для ионного обмена. Для восстановления работоспособности установки применяется механическая чистка поверхности катода (точки 1, 2, 3, …). Отсчет времени между точками составляет одни сутки. Продолжительность работы экспериментальной установки до первой чистки намного превосходит продолжительность работы контрольной, и такова, что в течение эксперимента не возникло в этом необходимости.

Таким образом, титановые катоды с активированной поверхностью значительно увеличивают ресурс работы электролизного устройства до проведения необходимой чистки катодов.

Приведенный пример свидетельствует, что в случае применения в устройствах для электролиза предлагаемой конструкции удается достичь большего КПД устройств и значительного увеличения продолжительности работы без нарастания отложений солей жесткости на катодах устройств.

Из приведенного выше описания понятно, что предлагаемое изобретение может быть реализовано не только в соответствии с рассмотренным примером ее реализации, но и в других конкретных формах без отступления от существа изобретения, определенного ее формулой.

Изобретение относится к конструкциям устройств электролиза и может быть использовано для обеззараживания природных и сточных вод в хозяйственно-питьевом водоснабжении; для дезинфекции оборудования, помещений и сооружений в отраслях пищевой промышленности, в медико-санитарных учреждениях, предприятиях общественного питания, санаториях и домах отдыха, детских учреждениях, плавательных бассейнах, для отбеливания; для предотвращения биообрастания в системах водяного обогрева и охлаждения. Устройство для электрохимической обработки жидкости содержит корпус с входными и выходными патрубками, электродный блок с титановыми анодами и катодами с каталитически активной поверхностью, полученной путем обработки поверхности электродов в водном растворе, содержащем 300-350 г/л солянокислого гидроксиламина и 40-50 г/л кислого фтористого аммония, в течение 1-2 мин при температуре 80-90°C, после чего титановые электроды промывают в горячей воде и обрабатывают в водном растворе фтористого аммония 20-25 г/л и 1-1,5 г/л уротропина в течение 0,5-1 мин при температуре 18-25°C. Технический результат - увеличение производительности при уменьшении образования отложений солей жесткости на электродах. 3 ил.

Устройство для электрохимической обработки жидкости, содержащее корпус с входными и выходными патрубками, электродный блок с титановыми электродами, отличающееся тем, что в качестве электродов используют титановые аноды и катоды с каталитически активной поверхностью, полученной путем обработки поверхности электродов в водном растворе, содержащем 300-350 г/л солянокислого гидроксиламина и 40-50 г/л кислого фтористого аммония в течение 1-2 мин при температуре 80-90°C, после чего титановые электроды промывают в горячей воде и обрабатывают в водном растворе фтористого аммония 20-25 г/л и 1-1,5 г/л уротропина в течение 0,5-1 мин при температуре 18-25°C.