Eft惰性複合電極的過渡板及包含該過渡板的電解設備的製作方法

2023-05-11 06:35:06 2

專利名稱：Eft惰性複合電極的過渡板及包含該過渡板的電解設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種環境友好技術(EFT，Environment Friendly ^Technology)的惰性複合電極的電極板，尤其是惰性複合電極的過渡板，該電極板的製備方法及其應用。
背景技術：
電化學法水處理技術被稱為「環境友好」技術。EFT電化學技術的要點是電絮凝 /電氣浮/共沉澱技術，是應用電化學氧化還原的反應原理、控制汙染的電化學法。在電解槽中通入一定電壓的直流電，讓廢水通過電解槽，使廢水中的電解質的陰離子移向陽極，並在陽極失去電子而被氧化，陽離子移向陰極，並在陰極得到電子而被還原。利用這種反應使汙染成分生成不溶於水的沉澱物，並生成氣體從水中逸出，使廢水淨化。電化學法處理汙水是一般化學法，物理法等方法運行成本的1/3，而且工藝簡單， 操作方便，基礎建設佔地面積少，處理汙水能夠長期穩定達標排放。電化學方法治理汙水， 具有無需添加氧化劑、絮凝劑等化學藥品，設備體積小，佔地面積少，操作簡便靈活等優點。 但電化學方法一直存在著能耗大(使用電能設備運行時間長，一般3個多小時)、成本高 (電極板消耗快，主要問題是鈍化，活性金屬電極板)等缺點，從而大大限制了電化學方法在處理廢水領域中的應用。在外加電壓的作用下，利用可溶性的陽極，產生大量的陽離子(如狗2+、Al3+等)， 對廢水進行凝聚沉澱，這種方法稱為電凝聚。電凝聚往往伴隨著氣浮，在陰極有氫氣被還原，故也有稱為電凝聚浮上法的。電極反應如下陽極Fe_2e— Fe2+ 或 Al_3e — Al3+陰極2H++2e— H2 個或 0x+ne — Re在幾種電化學處理廢水類型中，電凝聚與電氣浮的運用比較成熟。與化學凝聚相比，電凝聚方法無需投資加藥設施，且材料消耗要少許多。其缺陷在於能耗問題。鐵離子或鋁離子與氫氧根結合起到凝聚作用。同時，在陰極發生還原反應，逸出的氫氣形成極小的氣泡，將廢水中的凝聚物浮上電解槽的液體表面。電凝聚作為廢水處理的一種有效手段，很早就得到了應用，但由於其在實際應用中單位鋁、鐵耗材過大，使電凝聚法的發展及應用受到了限制。同時，電化學法處理汙水過程中，電解一段時間後，陽極會發生鈍化現象，陰極會發生結垢問題，鈍化時電極表面附著一層氧化物保護膜，表現為陽極溶出停止，處理的汙水不能達標排放，而且電極材料、電能源消耗大，汙水處理運行成本高等。這些問題一直困擾著電化學法在汙水處理生產化中的應用。而且目前國內外廣泛採用的可溶性電極多為鐵板、鋁板，作為處理汙水的縈凝劑， 但是電極板材料消耗太高，容易積垢，易老化，使用壽命短(30天左右)，增加了廢水處理成本
實用新型內容
[0010]本發明人在經過大量實驗研究的基礎上，成功研究了用作惰性複合電極的電極板。根據本實用新型的技術方案，其通過如下方式實現(1) 一種電極板，其至少包括兩層結構，包括石墨層和外層，所述外層為活性金屬層、不鏽鋼層或碳鋼層。(2)根據(1)所述的電極板，其中的活性金屬層為鐵層或鋁層。(3)根據前述任一項的電極板，其中在外層的外表面進行衝刺處理。(4)根據前述任一項所述的電極板，其在所述石墨層和外層之間還包括一層絕緣材料層。(5)根據(4)所述的電極板，其中所述的絕緣材料層為玻璃鋼層。(6)根據前述任一項的電極板，其中所述的石墨層為膨脹石墨層。(7)根據前述任一項所述的電極板，其特徵在於該電極板用作過渡板。(8) 一種電解設備，其特徵在於包含前述任一項的電極板。(9)根據(8)的電解設備，其特徵在於還包括陽極板和陰極板。(10)根據(7)或⑶的電解設備，其特徵在於該電解設備包括一塊陰極板、一塊陽極板至少包括一塊(I)-(IO)任一項的電極板、其用作陰極板和陽極板之間的過渡板，優選至少兩塊，更優選三塊過渡板。根據上述技術方案，本實用新型的優選技術方案如下根據本實用新型的優選方案，所述電極板由至少2層結構組成，依次包括石墨層和碳鋼板層。更優選，所述電極板由石墨層和鋁層構成；還更優選由石墨層和鐵層構成。優選在本實用新型的過渡板中增加惰性材料層，優選玻璃鋼，以加大與活性金屬層的粘合力。根據本實用新型的另一優選方案，所述電極板由至少3層結構組成，依次包括石墨層、玻璃鋼層和活性金屬層，所述活性金屬優選鋁層或鐵層；其中所述的活性金屬層也可以被碳鋼層或者不鏽鋼層替代。本實用新型的電極板優選作為過渡板，其作用是能夠降低電流和增強廢水處理能力。當陽極板和陰極板組成的電解槽中無過渡板時，同樣水質下，單極接線法電流會大於 1000A，但當存在過渡板時，則同一水質的多極接線法電流不超過800A，優選不超過600A， 更優選不超過500A，最優選不超過400A。當採用直流電源時，當在陰極板和陽極板中間使用過渡板時，優選至少2塊過渡板，更優選至少3塊過渡板。如果採用高壓脈衝和高頻脈衝電源時，過渡板可以無限制，例如可以為1塊或2塊以上的過渡板。根據本實用新型的電解設備，其包括上述過渡板，還包括陽極板和陰極板。在本實用新型中，使用的陽極板可以為常規的陽極板，但優選使用本申請人於 2010年8月30日提交的、申請號為201010266554. 8、發明名稱為「EFT惰性複合電極的陽極板及其製備方法，包含該陽極板的電解設備」的專利申請，其全文引入本文作為參考。根據本實用新型的優選實施方案，所述陽極板包括多層結構，至少由內層的活性金屬層，以及在所述活性金屬兩側的石墨層的3層結構組成。優選在該多層結構的一側，在所述活性金屬和石墨層之間還依次設有絕緣材料層和石墨層，該側多層結構由外向內依次為石墨層、絕緣材料層、石墨層和活性金屬層。[0030]根據前述的陽極板，其中在另一側的活性金屬和石墨層之間同時依次設有絕緣材料層和石墨層，即該另一側多層結構由外向內依次為石墨層、絕緣材料層、石墨層和活性金屬層。根據前述的陽極板，其中在該多層結構的一側，在所述石墨層和活性金屬之間還設有活性金屬層和絕緣材料層，該側多層結構由外向內依次為石墨層、活性金屬層、絕緣材料層和活性金屬層。根據前述的陽極板，其中在該多層結構的另一側，在所述石墨層和活性金屬之間還設有活性金屬層和絕緣材料層，該側多層結構由外向內依次為石墨層、活性金屬層、絕緣材料層和活性金屬層。根據前述的陽極板，其特徵在於該一側的石墨外層，還設有一層活性金屬層。根據前述所述的陽極板，其中所述的絕緣材料層為玻璃鋼層。優選的陽極板由如下7層結構依次組成石墨層、玻璃鋼層、石墨層、活性金屬層、 石墨層、玻璃鋼層和石墨層。在本實用新型中，使用的陰極板可以為常規的陰極板，但優選使用本申請人於 2010年8月30日提交的、申請號為201010266563. 7、發明名稱為「EFT惰性複合電極的陰極板及其製備方法，包含該陰極板的電解設備」的專利申請，其全文引入本文作為參考。根據本實用新型的技術方案，所述的陰極板包括多層結構，其至少由內層的外層、 以及在所述外層兩側的石墨層的3層結構組成。所述外層為活性金屬層、不鏽鋼層或碳鋼層，其中的活性金屬層為鐵層或鋁層。根據前述的陰極板，其中在該多層結構的一側的石墨層外側，由內向外還依次設有活性金屬層和石墨層。根據前述的陰極板，其中在該多層結構的另一側的石墨外層，由內向外還設有活性金屬層和石墨層。根據前述的陰極板，其中在該多層結構的一側或兩側，在所述石墨層外側，由內向外還設有絕緣材料層、石墨層、活性金屬層和石墨層。根據前述的陰極板，其特徵在於在一側或兩側的石墨層和外層之間還設有絕緣材料層。根據本實用新型的優選實施方案，所述的絕緣材料層為玻璃鋼層。更優選所述的玻璃鋼層為環氧樹脂和玻璃纖維的複合材料層。根據本實用新型更優選的技術方案，其通過如下方式實現一種陰極板，其特徵在於，該電極板由至少3層結構組成，其依次包括石墨層，活性金屬層和石墨層，所述的活性金屬為鐵或鋁。根據本實用新型，所述陰極板由至少3層結構組成，其依次由石墨層、碳鋼板層、 石墨層組成。根據本實用新型，優選的陰極板由至少7層結構組成，其依次包括石墨層、活性金屬層、石墨層、玻璃鋼層、石墨層、活性金屬層和石墨層。根據本實用新型，優選的陰極板由至少7層結構組成，其依次包括石墨層、碳鋼板層、石墨層、玻璃鋼層、石墨層、碳鋼板層和石墨層。根據本實用新型的另一優選實施方案，所述陰極板由至少5層結構組成，其依次包括石墨層、活性金屬層、石墨層、活性金屬層和石墨層。在電極板中使用石墨的原因在於，石墨不易脫落，不易被侵蝕，因此增加石墨後， 在電極的表層不會產生鈍化，從而能夠有效地保護電極板的使用壽命；同時也保證了陽極和陰極設定距離間電解槽電流密度的穩定分布，處理後的廢水能達標排放且能長期穩定。由於石墨為惰性材料，其本身具有獨特的耐酸、耐鹼、耐高溫和優越的導電性能， 通過合理的科技工藝和玻璃鋼、活性金屬粘合，加工複合成EFT惰性複合電極後，解決了電化學技術處理廢水過程中，電極板易沾汙、易結垢、易腐蝕、易鈍化、使用壽命短、運行成本高等問題；並能控制電極板陽極板在設定範圍內有序釋放，負極板能長期使用，並且重金屬可以回收。汙水處理效果長期穩定。石墨層可以選用各種不同原料的石墨，優選膨脹石墨，更優選含量為99. 8%以上的優質膨脹石墨。出於對水處理的經濟性考慮，電極板優選使用鐵或鋁板。為了使得進行電解反應的電極板與相鄰層之間的粘合力更強，優選對該電解反應的電極板進行衝刺處理。衝刺處理的電極板中無需增加其他的粘合劑。為了使得廢水處理更完全，可以對陽極板和過渡板進行穿孔，孔的形狀可以為槽狀、圓形、橢圓形、方形等，優選橢圓形和圓形，更優選橢圓形。優選含有10-40個孔，優選 15-30個孔，更優選20-M個孔。孔徑大小以處理廢水需釋放的絮凝量要求而定。本實用新型的EFT複合電極汙水電解設備優選的技術方案是包括本實用新型的至少兩塊，優選至少3塊順序放置的過渡板，以及至少一塊陽極板和一塊陰極板。根據本實用新型，上述各層的原料均可以商業上獲得，或者通過本領域常規的工藝製得厚度、長度、寬度不一的板層。根據本實用新型，所述EFT惰性複合電極的電解設備的製備工藝通過下述方式實現利用EFT惰性複合電極組成20-40個，優選M-36個，更優選沈-30個間距為 80-240mm，優選100-200mm，更優選120_160mm的電解槽，電極接線方式為多極接線法，優選 (+ 0 0 - 0 0 + 0 0 _)，即陽極板、過渡板、過渡板、陰極板、過渡板、過渡板，重複依次排列接線，或者優選(+ 0 0 0 - 0 0 0 + 0 00 -)，即陽極板、過渡板、過渡板、過渡板、陰極板、 過渡板、過渡板、過渡板，重複依次排列接線。如陽極板和陰極板間放置多塊，如兩塊過渡板時，過渡板的組成可以相同，也可以不同，例如一塊過渡板由石墨層和鋁層組成，另一塊過渡板由石墨層和鐵層組成。外加電源220V，變壓為12V、MV、36V，電流密度視汙水水質而定。電解槽尺寸長 4000-6000mm,優選 4200-5600mm,更優選 4500-4800mm ；寬 800_2000mm，優選 1000-1500mm ； 高1000-2400mm，優選1200_1800mm。每小時可處理8_10噸電鍍廢水。極板尺寸長800-2000mm，優選 IOOO-IlOOmm ；寬 800_2000mm，優選 lOOO-llOOmm、 厚 1. 5mm 至 10mm,優選 2_8mm，更優選 4_6mm。採用本實用新型的電解設備，其優選技術方案中，起始電流為260-420A，優選為275-360A，更優選^5-400A ；10分鐘後的電流為240-386A，優選256-300A，更優選 275-276A ；45分鐘後的電流為180-320A，更優選206-295A，更優選^2_270A ；60分鐘後的電流為 150-300A，優選 175-265A，更優選 230-250A。[0063]本實用新型的廢水處理工藝流程是，將汙水，如電鍍汙水通入到含有本實用新型電極板的汙水處理設備(EFT)中，然後通過EFT-pH自動調節機進行調節，隨後將經調節後的汙水分別通入多個並排的泥水分離箱中，經分離後的清水直接通入清水收集池中，並將雜質部分通入淤泥收集池中。如需進一步處理，還將清水收集池中獲得的清水通入碳砂過濾塔進行二次處理，然後將處理後的廢水回用或排放到清水池中待用。在外加電壓的作用下，使用本實用新型經過加工複合成的EFT惰性複合電極，在廢水處理中作為正負電極材料後，處理的廢水能長期穩定，能達標排放，運行成本非常低； 解決了電化學技術處理廢水領域中電極板易老化、耗能高等問題。為治理生活汙水、工業汙水開創了新的材料技術革命。此材料革命性的成功將給電化學技術在汙水治理中發揮積極的作用，同時將為節約水資源和保護環境做出貢獻。使用本實用新型的電極板，經加工複合成的EFT惰性複合電極後，每天處理150噸電鍍廢水使用壽命400天以上，大大降低了廢水處理成本。該EFT惰性複合電極製成電解槽以及設備後，通過對電鍍廢水的處理，30多種金屬離子可從水溶液中電沉積到陰極EFT惰性複合電極上，包括貴金屬和重金屬。重金屬處理率幾乎百分之百，同時非金屬的處理率也達到了 96. 5 %。本實用新型的EFT惰性複合電極製成電解槽以及設備，可廣泛應用於處理各種電鍍、染料、顏料、塗料、農藥、醫藥、獸藥、炸藥等生產廢水；煉油廢水、油田廢水和其他精細化工廢水，具有除濁脫色，降低COD、B0D，尤其對脫色及去除重金屬效果更加顯著；特別是汽車洗車場應用該設備後，更能有效地去除洗車廢水中的懸浮物、各類膠體、各類細菌、分散油、乳化油、去除水中臭味，廢水處理水質達到生活雜用水水質標準。

附圖1 本實用新型一種過渡板示意圖結構附圖2 =EFT汙水處理電解槽剖面示意圖
具體實施方式
以下結合實施例對本實用新型做進一步描述，需要說明的是，下述實施例不能作為對本實用新型保護範圍的限制，任何在本實用新型基礎上作出的改進都在本實用新型的保護範圍之內。實施例1.過渡板，由石墨層、碳鋼板層組成的2層結構第一步石墨層的製備選用含量為99. 8%以上的優質膨脹石墨蠕蟲壓成Imm厚度的複合平板。第二步碳鋼板層的製備選用0. 5mm厚的碳鋼板層待用。第三步過渡板的製備將Imm的石墨層、0. 5mm厚的碳鋼板層依次用導電膠粘合壓平後，獲得本實用新型的過渡板。實施例2.過渡板，由石墨層和鋁層組成的2層結構第一步石墨層的製備[0080]選用含量為99. 8%以上的優質膨脹石墨蠕蟲壓成1. 5mm厚度的複合平板。第二步鋁層的製備選用0. 8mm厚的鋁層待用。第三步過渡板的製備將1. 5mm的石墨層、0. 8mm厚的碳鋁層依次用導電膠粘合壓平後，獲得本實用新型的過渡板。實施例3.過渡板，由石墨層、玻璃鋼層和鐵層組成的3層結構第一步石墨層的製備選用含量為99. 8%以上的優質膨脹石墨蠕蟲壓成0. 6mm厚度的複合平板。第二步鐵層的製備選用Imm厚的鐵層待用。第三步玻璃鋼層的製備選用優質的壞氧樹脂加玻璃纖維壓成1. 2mm厚度的複合平板。第四步過渡板的製備將0. 6mm的石墨層、1. 2mm厚的玻璃鋼層和Imm厚的鐵層依次用導電膠粘合壓平後，獲得本實用新型的過渡板。實施例4.過渡板，由石墨層和衝刺後的鐵層組成的2層結構第一步石墨層的製備選用含量為99. 8%以上的優質膨脹石墨蠕蟲壓成Imm厚度的複合平板3塊。第二步活性金屬層的製備選用0. 3mm厚度的鐵板進行衝刺處理。第三步過渡板的製備將石墨層、衝刺後的0. 3mm的鐵板層依次用導電膠粘合壓平後獲得本實用新型的過渡板。 實施例5. EFT汙水處理設備如附圖所示，本實用新型的汙水處理設備內部由陽極板、兩塊過渡板、陰極板、兩塊過渡板交替依次排列，總計31塊板。所述陽極板由石墨層、玻璃鋼層、石墨層、鋁層、石墨層、玻璃鋼層、石墨層7層結構組成；其中各石墨層的厚度為0. 5mm以上；鋁層的厚度為Imm以上；玻璃鋼層的厚度為 0. 5mm以上，製備工藝與本實用新型過渡板的工藝相同，採用膠粘合壓平後，獲得陽極板。所述陰極板由石墨層、衝刺後的活性金屬層、石墨層、玻璃鋼層、石墨層、衝刺後的活性金屬層及石墨層依次組成的7層結構組成；其中各石墨層的厚度為0. 5mm以上、衝刺後的鐵層厚為0. 3mm以上，玻璃鋼層厚度為0. 5mm以上，製備工藝與本實用新型過渡板的工藝相同，採用膠粘合壓平後，獲得陰極板。所述過渡板由實施例1，即由石墨層、碳鋼板層的2層結構組成。實施例6. EFT廢水處理工藝流程如附圖所示，本實用新型的廢水處理工藝流程是，將汙水，如電鍍汙水通入到含有本實用新型電極板的汙水處理設備(EFT)中，然後通過EFT-pH自動調節機進行調節，然後將經調節後的汙水分別通入多個並排的泥水分離箱中，經分離後的清水直接通入清水收集
8池中，並將雜質部分通入淤泥收集池中。如需進一步處理，還將清水收集池中獲得的清水通入碳砂過濾塔進行二次處理，然後將處理後的廢水回用或排放到清水池中待用。實施例7.複合電極的應用實例一利用EFT惰性複合電極處理汙水利用EFT惰性複合電極處理汙水時的實例1針對某電鍍廠日處理量150噸的電鍍廢水按實施例5的工藝進行廢水處理，利用本實用新型實施例5的EFT惰性處理設備處理60分鐘後，水質可用於回用、達到國家2008 特別排放標準。利用EFT惰性複合電極組成30個間距為160mm的電解槽。電極接線方式為多極接線法(+ 00-00 + 00 -)，外加電源220V變壓為12V、MV、36V，電流密度示汙水水質而定。電解槽尺寸長4800mm、寬1500mm、高1800mm (每小時處理10噸電鍍廢水)電極板尺寸長 1100mm、寬 1100mm、厚(1. 5mm 至 5. 5mm)起始電流360AU0分鐘276A、45分鐘270A、60分鐘處理60分鐘的汙水有當地環保監測站監測，數據結果為表一
權利要求1.一種過渡板，其特徵在於，至少包括兩層結構，包括石墨層和外層，所述外層為活性金屬層、不鏽鋼層或碳鋼層。
2.根據權利要求1所述的過渡板，其特徵在於，所述的活性金屬層為鐵層或鋁層。
3.根據權利要求1或2的過渡板，其特徵在於，在所述的外層的外表面進行衝刺處理。
4.根據權利要求1或2所述的過渡板，其特徵在於，所述石墨層和外層之間還包括一層絕緣材料層。
5.根據權利要求4所述的過渡板，其特徵在於，所述的絕緣材料層為玻璃鋼層。
6.一種電解設備，其特徵在於，包含權利要求1-5任一項的過渡板。
7.根據權利要求6所述的電解設備，其特徵在於，還包括陽極板和陰極板。
專利摘要本實用新型涉及一種環境友好技術的惰性複合電極的電極板，尤其是惰性複合電極的過渡板，其至少包括兩層結構，包括石墨層和外層，所述外層為活性金屬層、不鏽鋼層或碳鋼層。使用本實用新型的電極板，處理後汙水可以達標排放，而且電極板的使用壽命大大延長。
文檔編號C02F1/461GK201971666SQ20102056504
公開日2011年9月14日 申請日期2010年10月18日 優先權日2010年10月18日
發明者張定軍, 蔣亞熙 申請人:張定軍, 蔣亞熙