專利名稱：凈化液體介質用的電解裝置的制作方法
技術領域：
本發明屬于凈化液體介質用的電化學裝置，更準確地說，涉及一種凈化液體介質用的電解裝置，它帶有填充物電極，使介質不受各種雜質污染。可用于化學、電化學、機器制造、能源、食品以及其它工業領域。可優先用于凈化液體介質，通過懸浮粒子的凝結，雜質的吸附(如重金屬離子，六價鉻的還原)，改變液體介質的活性反應(PH)及氧化一還原電位(En)，使液體介質不受雜質污染。
一系列公知的裝有填充屑電極的液體介質凈化用的電解裝置，如蘇聯專利SU，A，700468所公開的電解裝置。
該電解裝置包括一個豎直放置的圓柱形導電外殼，里面裝有屑形裝載物，作為陽極位于外殼底部;有一個穿孔的板式陰極，位于裝載物上方，用一個帶孔的繞緣隔膜使其隔離;外殼的上部有向裝載物提供污染液體介質的連接管及將處理過的液體介質排出去的套管。
在這種電解裝置中，液體通過不動的裝載物時，發生裝載物的溶解。因此在電解裝置工作過程中形成的電解產物會沉積在裝載物上，從而引起填充電極歐姆電阻增大并在電極作用范圍內形成停滯區。
由上面所說的可知，在用這種電解裝置工作時，必須經常性地使裝載物進行空氣和水的再生并用酸性溶液清洗。除此而外，這種電解裝置的電極工作面小，而電解裝置結構本身的體積又大。在這種結構中的陽極電輸入端位于外殼的底部，距陰極很遠，從而引起電解槽歐姆電阻增大。
因此這種結構的電解裝置在液體凈化過程中的效率不高。
還有一種已知的電解裝置(參見蘇聯專利SU，A，1122618)，包括帶有端蓋的圓柱形導電外殼，外殼的安裝方式使其能繞自身軸轉動，并與電源的正極相聯，起電解裝置的兩個電極之一的作用。此電解裝置還包括由導電材料顆粒構成的裝載物，裝在外殼中;第二個圓柱形陰極電極位于外殼中央并與外殼同軸，由絕緣隔膜將它與裝載物隔開。在外殼的一個端蓋上裝有連接管，以便將液體介質送入電解裝置進行處理;在第二個端蓋上也有一個連接管，以便在處理之后將液體介質送出去。
該電解裝置工作時，外殼處在垂直位置，裝載物位于靜止條件下，因而會發生裝載物的大量沉積。為了使裝載物再生，就要中斷液體介質的處理工作，把電解裝置的外殼轉到水平位置，并且借助電機使外殼繞著它的縱向對稱軸旋轉以便使屑形裝載物撒落，目的在于凈化。但是這些手段效率不高，也無法對處在外殼中央部位的裝載物及隔膜進行凈化。
當使用現有的帶有不斷旋轉的外殼的電解裝置進行工作時，必需制作特殊結構的供電電極和把液體介質送入及送出用的連接管來實現這種旋轉。但是具有上面所描述電極與外殼相互配置結構的電解裝置的工作，無法收到所希望的結果。這是由于外殼旋轉時，其中央部分的裝載物幾乎不可能撒落，也不會改變自己的位置，而電解裝置的這部分是最易發生沉積的。
作為本發明的基礎，所提出的任務是要設計一種凈化液體介質用的電解裝置，其結構以及電極之間的相互配置，能夠保證在凈化液體介質的工作過程中外殼直接進行旋轉，消除可能發生的裝載物沉積，不必經常去做裝載物再生的工作，從而就能降低能耙和提高生產效率，所提出的任務是這樣解決的。這種凈化液體介質用的電解裝置，包括帶端蓋的圓柱形導電外殼，外殼的安裝方式使其能繞自身的軸轉動，它與電源的一個電極相聯，起電解裝置的兩電極之一的作用;此裝置還包括裝載物，由裝在外殼中的導電材料的顆粒構成;第二電極位于外殼內，與電源的另一極相聯并由絕緣隔膜與裝載物隔開;還有裝在外殼上的供送入液體介質的連接管和送出液體介質的套管。按照本發明，其第二個電極做成隔板的形式，在外殼轉軸的整個長度方向上將外殼分成兩個工作室，而隔膜是根據隔板的形狀由兩部分構成的，分別處于隔板的兩側。
為了降低液體介質的電解電壓并提高其凈化效率，將隔板和隔膜的兩個構成部分放在與外殼轉軸成90°～25°角傾斜的平行面內比較適合。
為了提高被溶解金屬的量并保證被處理的液體介質電解時有可能實現陰極反應過程，最好將隔板做成由導電材料顆粒構成的裝載物的形式，并且處在隔膜兩部分之間的區間內。
按照本發明制做的凈化液體介質用的電解裝置，其優點在于，其中發生的裝載物溶解過程是在低的電解電壓下進行的，便有可能調節被處理液體的酸-堿性質和氧化-還原性質。使外殼不斷地旋轉就能創造一種條件，使得隔膜的表面得到有效的凈化并使導電裝載物不受其溶解產物的污染，使裝載物的表面能夠維持在活性狀態，保證高的離子輸出，其結果是有效地形成了金屬氫氧化物。所有這些都能夠降低凈化液體介質的能耗。
當所采用的電解裝置方案帶有第二個電極，且該電極是由導電材料顆粒構成的裝載物時，這種裝載物可以由金屬屑構成，例如溶解在堿性介質中的金屬屑，其中如鋁。在這種情況下，當第一個電極是由鐵屑制做時，可以得到混合的鐵鋁凝結劑。
本電解裝置的優點之一在于能得到離子和金屬的氫氧化物，同時又能改變活性反應(PH)的大小，而且很少改變水介質的電位(Eh)。這時陰極或者陽極，同時也有陽極和陰極，都可以制做成由導電的不溶材料(例如焦炭、石墨)顆粒構成的裝載物的形式。
使用這種方案的電解裝置，能夠強化液體介質的凈化過程。在使金屬屑溶解的情況下，通過獲得不同氧化程度的金屬離子(例如氫氧化鐵Ⅱ，鐵Ⅲ)，以及通過由不溶材料構成的裝載物表面上和在析出電解氣體的被處理介質中進行的氧化一還原過程，使得液體介質不受各種雜質的污染。
以下將通過具體實施例和
本發明，其中圖1表示裝在懸掛框中的本發明所述凈化液體介質用的電解裝置的等軸總體圖;
圖2表示放大了的不帶懸掛框的圖1裝置的縱剖面;
圖3表示根據本發明的電解裝置的實施例縱剖面，其中的第二個電極做成由導電材料顆粒構成裝載物的形式;
圖4簡略地表示本發明所述的電解裝置，其中的第二個電極和隔膜位于與外殼旋轉軸成45°角的平面內;
圖5與圖4相同，但外殼繞旋轉軸轉了90°;
圖6與圖4相同，但外殼繞旋轉軸轉了180°;
圖7與圖4相同，但外殼繞旋轉軸轉了270°;
圖1和圖2中表示的電解裝置，包括有圓柱形外殼1，是由化學不溶性導電材料例如不銹鋼制做的，它借助集電刷2與電源(圖中未表示)的一個電極(在所述實例中是同正極)進行電聯接，起到電解裝置的電極之一陽極的作用。外殼1上裝有端蓋3，端蓋3上有中心孔4。外殼1中還裝有由導電材料顆粒-例如金屬屑構成的裝載物5。此外，外殼1中還裝有電解裝置的第二個電極，做成由化學不溶性材料例如不銹鋼制做的圓形隔板6的形式，在外殼1轉軸9的整個長度方向上，它把外殼1分成兩個工作室7和8。圓形隔板6固定在絕緣環10中，并借助集電刷2與電源的負極進行電聯接。隔板6是靠多細孔的絕緣隔膜11與裝載物5實行電絕緣的，而絕緣隔膜11是根據圓形隔板6的形狀由兩部分構成的，分別位于隔板6的兩側。此電解裝置還配有聯接管12，把要凈化的液體介質，隨后還有水輸入外殼1，該管固定在端蓋3上并經過中心孔4與外殼1的內腔相通。將被凈化后的水排出去用的套管13，位于連接管12的內部并與其同心，這時，位于外殼1中的套管13的一端要做成彎的，以使其輸入端14能夠在工作室7、8外圍部分中處于裝載物5上方。為了更易于從電解裝置中取出凈化水，在套管13的輸入端14上還額外地做了一些穿孔。
圖1中表示的電解裝置，借助于裝在連接管12上的滑動軸承16安置在懸掛框15上，這時的套管13與懸掛框15為無伸縮聯接，當外殼1繞其轉軸9轉動時，它保持位置不變。外殼1的轉動是由固定在懸掛框15上的電動機17帶動的。
圖3中表示的電解裝置與圖1、2表示的電解裝置極其相似，其差別僅在于第二電極做成由置于隔膜11兩部分之間的那一部分導電材料構成的裝載物18的形式。是靠裝在隔離環20之間的導電環19給裝載物18通電，而隔膜11的兩部分就裝在隔離環20上。
此外，在這種電解裝置的實施例中，在端蓋3上做出的穿透孔21，可以起到將凈化水從外殼1中排放用的套管的作用。
在根據本發明的電解裝置中，串在一起使用的電解室的大小、可能要比圖3表示的大得多，并取決于該設備的功用。
圖4、5、6、7中簡略地表示的電解裝置實施例與圖1、2、3所示實施例的區別在于，其中的第二個電極平板6及隔膜11的兩個構成部分，位于外殼1的轉軸成90°-25°角傾斜的平行平面內。在所述的實例中，這些平面對轉軸9的傾角為45°。
此電解裝置的工作方式如下。將需要凈化的水經過連接管12(圖1、2)送進電解裝置的外殼1中。借助電機17驅動此電解裝置的外殼1繞軸9轉動。在施加于該電解裝置電極(施加于外殼1和隔板6上)上的電源的作用下，隨著導電的裝載物5溶解(在現有情況下所考慮的實施例是做成金屬屑形式的裝載物5)，發生水的電解。裝載物5的溶解，將伴隨鐵離子的形成并在水中組成氫氧化物(Ⅱ)。處在被處理水中的雜質，將會凝結并被所形成的氫氧化鐵(Ⅱ)吸附。將在此電解裝置中處理過的水經套管13排出，提供給分離器(例如過濾器)以作進一步凈化。
當需要得到某種氫氧化物(例如氫氧化鐵(Ⅱ)和氫氧化鋁)混合物形成的凝結劑時，應當按照給定的百分比將這些金屬的屑狀裝載物5，18(圖3)填進電解裝置。
在填有密度大的裝入材料的細碎裝載物的電解裝置工作時，由設備的中央部分(當裝載物高于轉軸9的電解裝置轉動時，它是不動的)排出震蕩的凝結劑和電解氣體就會出現復雜情況。在這種情況下，特別方便的電解裝置結構是讓電極隔板6和隔膜11處在與外殼1的轉軸9成25°-90°角的位置。第二個電極和隔膜11處在這樣的位置，就能將填有裝載物5的外殼1的電極空間在平行于轉軸9的平面內分成可變截面的電解室，于是當外殼旋轉時，能使裝載物5轉移到轉軸9下面，從而就能消除停滯區，而這對陽極與陰極相互作用的電極面積是不變的。在用圖3所表示的電解裝置實施例情況下，其中的陰極是由導電材料顆粒(裝載物18)構成的，考慮到在陰極工作室中由于陰極的電化學反應而使水堿化，于是就能利用溶解在堿性介質中的裝載物18-例如鋁屑。
在必需避免使被填進的金屬陰極發生溶解的情況下，應當將它做成由導電的不溶性材料(例如石墨、不銹鋼)顆粒構成的裝載物形式。這種情況下的裝載物18，在得到陽極溶解裝載物的氫氧化物的同時，能使被處理水中的金屬離子的陰極沉積(例如由電鍍生產污水中沉積銅離子)過程得以進行。
假如必需避免使陽極發生溶解，同樣也可以將陽極做成由導電的化學不溶性材料(例如石墨、焦炭、不銹鋼)顆粒構成的裝載物形式，在這種情況下，當有電流作用時，由于水中的電化學反應是通過陽極工作室的，所以水介質的活性反應(PH)就會降低，而在陰極工作室的PH就會提高。所得到的溶液隨后可以用來調節被處理水的性質，即不必加進任何試劑就能使水酸化或堿化。PH調節的可能性范圍為從2-3單位到10-11單位。
當化學不溶性的裝載物(例如石墨)發生電解時，在外殼1中會發生電解氣體的析出。例如在電解裝置的陽極工作室中會放出氧和氯，在陰極工作室中會放出氫。當需要通過氧化還原過程進行水質凈化時，例如使有機染料氧化，就被用來在電解裝置中進行水的凈化處理。
前面我們已經對實施本發明的最佳實施例進行了說明，但本領域的有專門知識的人員應當完全明白，其中可以作出某些改變而不超出本權利要求的范圍。
權利要求
1.一種凈化液體介質用的電解裝置，包括帶有端蓋(3)的圓柱形導電外殼(1)，外殼的安裝方式可使其繞自身的對稱軸轉動，并與電源的一個電極相聯，起到電解裝置中兩個電極之一的作用，本裝置還包括裝于外殼(1)內由導電材料顆粒構成的裝載物(5)，第二電極裝于外殼(1)中，它與電源的另一極相聯，并由絕緣隔膜(11)使其與裝載物(5)隔開，還有能將液體介質輸入外殼(1)的連接管(12)和排出的套管(13)，其特征在于第二電極做成隔板形式，能在外殼(1)的轉軸(9)的整個長度方向上將外殼(1)分成兩個工作室(7、8)，而絕緣隔膜按隔板的形狀由兩部分構成，分別位于隔板兩側。
2.一種如權利要求1所述的凈化液體介質用的電解裝置，其特征在于隔板及隔膜(11)的兩個構成部分位于與外殼的轉軸(9)成90°-25°角傾斜的平行平面內。
3.一種如權利要求1或2所述的電解裝置，其特征在于隔板由導電材料顆粒構成，并且是處在隔膜(11)兩部分間的裝載物(18)。
全文摘要
一種凈化液體介質用的電解裝置，包括帶導電裝載物(5)的外殼(1)做為陽極，還有由隔膜(11)使之與裝載物(5)絕緣的陰極—隔板(6)。隔板(6)在外殼(1)的轉軸(9)的整個長度方向上將外殼(1)分成兩個工作室(7、8)。排出液體介質用的套管(13)具有彎曲的形狀。陰極可以做成由導電材料顆粒構成的裝載物的形式。
文檔編號C02F1/46GK1041578SQ8810844
公開日1990年4月25日 申請日期1988年9月30日 優先權日1988年3月24日
發明者弗拉基米爾·米克納羅維奇·蘆戈維, 伊果·維克多羅維奇·莫斯卡林, 維克托·利奧尼托維奇·弗利奇克, 德米里·尼克拉維奇·拉斯托維 申請人:烏克蘭水利工程師學院