用于制備氧化溶液的電解槽的制作方法
【專利說明】用于制備氧化溶液的電解槽 發明概要
[0001] 本發明涉及用于制備包含活性氯的具有消毒能力的氧化溶液的三隔室電解槽。
[0002] 發明背景
[0003] 使用包含活性氯的溫和酸性溶液(大多數為次氯酸形式)在與包括健康護理和衛 生應用的多個工業領域有關的各種消毒過程中是已知的；例如在食品工業中，采用這種溶 液來消除病原菌例如來自各種食品的制造周期的沙門氏菌或大腸桿菌。可在未分隔的槽或 在兩隔室槽中（即在由半滲透性隔膜或陽離子交換膜隔開并供給有堿氯化物鹽水的槽中） 電解進行包含合適濃度(例如50-100ppm)下的游離活性氯的溶液的連續制備;在后一種情 況下，在陽極隔室中產生所需溶液，同時在對應的陰極隔室獲得具有良好清潔性質的堿性 溶液。然而在這樣的系統中，所得的陽極產物的鹽度太高而不適用于許多典型應用領域(食 品工業、醫院、農業）。可采用裝備有三個隔室的電解槽獲得具有優異品質的陽極產物，其中 濃鹽水在中間的隔室中循環，該中間的隔室通過陽離子交換膜與陰極隔室隔離，通過陰離 子交換膜與陽極隔室隔離。分隔體的上述選擇允許鈉離子選擇性迀移至陰極隔室，其中產 生稀堿溶液(例如當鹽水由氯化鈉組成時為50 - lOOppm的苛性鈉），并且允許氯離子選擇性 迀移至陽極隔室，其中產生氯。然而，沒有可商購的陰離子膜能夠抵抗含氯酸性溶液的侵蝕 持續大于幾十小時，盡管它們聲稱的對氧化劑的抗性;更換三隔室槽中的陰離子膜的維護 成本因此證明不是很適合工業的需要。
[0004] 因此，確定了需要提供用于制備包含活性氯的酸性溶液的電解槽，其克服現有技 術的缺點，特別是就部件的耐久性而言。
[0005] 發明概要
[0006] 在所附的權利要求中闡明本發明的各個方面。
[0007] -方面，本發明涉及用于制備具有消毒性質的氧化溶液的電解槽，包含：陽極隔室 和陰極隔室，并且由陽極分隔體和陰極分隔體限定置于陽極隔室和陰極隔室之間的中間的 隔室；陰極分隔體，其分隔陰極隔室與中間的隔室，由陽離子交換膜構成，而陽極分隔體分 隔陽極隔室與中間的隔室，包含由與陶瓷材料顆粒機械結合的有機聚合物纖維的網絡構成 的隔膜。在一個實施方案中，將用作陽極分隔體的隔膜施加或以其它方式布置成與陰離子 交換膜緊密接觸。
[0008] 在一個實施方案中，該隔膜由全氟化聚合物和氧化鋯的厚度在0.1和1mm之間的復 合帶構成，例如與由Industrie De Nora商業化的產品如PolyraflliX^Tape類似。這種類 型的材料具有適合于布置成多個疊加層直至獲得所需厚度的優點；此外，它可以直接用作 分隔體或者可以直接將它施加至陰離子交換膜的兩側或者其單側，在一個實施方案中該單 側是面對陽極隔室的一側。這種類型的隔膜可以通過如下獲得:沉積成懸浮聚合物纖維的 薄片，在其上先前通過機械裝置沖擊陶瓷顆粒，隨后燒結和水合。沉積可以根據造紙工業的 典型工序(例如通過在合適的多孔基體上過濾)發生。這些隔膜被證明出乎預料地適用于向 最常見的陰離子交換膜賦予高的化學抗性，同時增強它們的選擇性。在一個實施方案中，陽 極隔室設有用于供給軟化水(例如硬度不超過7°f的水）的裝置，并且設有用于提取包含游 離活性氯的溫和酸性的氧化溶液(例如在4-6.9的pH下）的裝置；陰極隔室設有類似于陽極 隔室的用于供給軟化水的裝置并且設有用于提取堿性陰極電解質（例如在9和11之間的pH 下的苛性鈉溶液）；中間的隔室設有用于將堿氯化物鹽水(例如飽和的氯化鈉鹽水)再循環 的裝置。
[0009] 在另一方面，本發明涉及用于在如上所述的槽中制備具有消毒能力的含有活性氯 的氧化溶液的方法，包括將水、任選硬度不超過7°f的軟化水供給至陽極隔室并且任選供給 至陰極隔室，將堿氯化物鹽水、任選飽和的氯化鈉水溶液再循環通過中間的隔室，在與電源 裝置的正極連接的陽極隔室和與負極連接的陰極隔室之間供給直流電流，和從陽極隔室提 取產物氧化溶液。在一個實施方案中，通過包含分解催化劑(例如基于Ru0 2或C〇3〇4)的外部 儲器來進行將堿氯化物鹽水再循環通過中間的隔室。這可具有減小中間的隔室中游離氯的 含量的優點，有助于保護陰離子膜，尤其是在其中僅將聚合物隔膜施加至膜的面對陽極隔 室的一側的情況下。Ru0 2或C〇3〇4催化劑特別適合這一目的，因為可以以施加至罐的合適部 件(例如，施加至由插入罐中的鈦或其它合適的材料制成的板)的催化涂層形式將其引入罐 中。可以采用能夠降低再循環的鹽水中游離氯的水平的其它分解催化劑，而不脫離本發明 的范圍。
[0010] 現在將參照附圖描述例示本發明的一些實施方式，其唯一目的是說明相對于本發 明的所述特別實施方式不同元件的相互布置;特別地，附圖不一定是按比例繪制的。
[0011] 附圖簡要描述
[0012] 圖1是根據本發明的一個實施方案的電解槽的圖。
[0013] 附圖詳細描述
[0014] 圖1顯示了根據本發明的一個實施方案的電解槽100的側視圖，分別細分成三個隔 室，由陽極隔室200和陰極隔室400與置于其間的中間的隔室300構成。陽極隔室200包含陽 極250并且通過施加至陰離子交換膜320的面向陽極隔室200的一側上的聚合物隔膜321與 中間的隔室300隔離。陰極隔室400包含陰極450并且通過陽離子交換膜340與中間的隔室 300隔離。通過襯墊系統600保證各隔室之間的密封。在中間的隔室300內，在罐500的幫助下 將飽和氯化鈉溶液或其它類型的堿氯化物鹽水510再循環。在罐500內部任選包含分解催化 劑，例如作為金屬部件(未示出）的涂層施加的二氧化釕。
[0015] 通過合適的供應裝置(未示出）給陽極隔室200供應軟化水210;從該相同的隔室， 提取處于微酸性pH下的包含游離活性氯的氧化溶液220。還給陰極隔室400供應軟化水410; 在一個實施方案中，分別到陽極隔室200和陰極隔室400的軟化水進料210(以下的陽極電解 質)和410(以下的陰極電解質)是統一的。在另一個實施方案中，僅給陽極隔室200供應軟化 水210。從陰極隔室400提取具有可忽略的鹽度的稀堿溶液420,其適合用作許多工業應用中 的清潔劑。
[0016] 包括以下實施例來說明本發明的特別實施方案，其實用性在要求保護的范圍內已 得到很大程度的驗證。本領域技術人員應該理解，接下來的實施例中所公開的構成和技術 代表由發明人發現的在本發明的實踐中功能良好的構成和技術;然而，考慮到本公開內容， 本領域技術人員理解可以在所公開的特定實施方案中