陰極、電化學池及其用圖
【專利說明】陰極、電化學池及其用途 發(fā)明領域
[0001] 本發(fā)明設及適用于電凝聚的含有犧牲電極的電化學池W及一種通過使用該電化 學池從水或廢水中除去各種污染物的電凝聚工藝。本發(fā)明還設及犧牲電極本身。數(shù)個本發(fā) 明電化學池可W禪合為電化學池組件。
[0002] 概要
[0003] 本發(fā)明的一個實施方案提供了用于除去單種污染物W及用于同時除去其中一種 為氣化物的多種污染物的犧牲電極。本發(fā)明的另一實施方案提供了一種含有新型電極的電 化學池和電化學池組件，在本發(fā)明的另一實施方案中，提供了一種通過利用含有犧牲電極 的電化學池或電化學池組件的電凝聚而除去水中的污染物的方法。
[0004] 本發(fā)明的一些方面和實施方案尤其適用于減少氣化物或氣化物與重金屬如六價 銘或神的組合。
[0005] 本發(fā)明的一個實施方案提供了含有犧牲部件和非犧牲的導電部件的犧牲陽極，其 特征在于所述犧牲部件的孔隙率為20-60體積％，優(yōu)選30-50體積％且含有鐵粉。
[0006] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于犧牲部件含有鐵粉和侶粉的混合 物。
[0007] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于鐵粉含有至少90重量％鐵，優(yōu)選至 少95重量％鐵，最優(yōu)選至少97重量％鐵。
[0008] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于鐵粉和侶粉的重量比為 50:50-98:2，優(yōu)選 60:40-98:2，最優(yōu)選 70:30-95:5。
[0009] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于犧牲部件由非壓縮的一種粉末或多 種粉末組成。
[0010] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于犧牲部件由壓縮的一種粉末或多種 粉末組成，優(yōu)選壓縮為復曲面（toroid)形狀。
[0011] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于陽極的非犧牲導電部件由石墨或不 誘鋼制成。
[0012] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于陽極的非犧牲導電部件具有多孔石 墨籃或容器形狀。
[0013] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于陽極的非犧牲導電部件具有固體棒 或條形狀。
[0014] 在本發(fā)明的一個方面中，犧牲陽極的特征在于犧牲陽極的犧牲部件為至少一個由 圍繞并與非犧牲導電部件緊密電接觸的壓縮的粉末制成的復曲面。
[0015] 本發(fā)明的一個實施方案提供了含有根據(jù)任意上述目標或方面的犧牲電極的電化 學池。
[0016] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了含有根據(jù)任意上述目標或方面的犧牲電極的電化 學池，其特征在于陽極和陰極的結構相同。
[0017] 本發(fā)明的一個實施方案提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其特征 在于：
[0018] -提供至少一種根據(jù)任意上述實施方案或方面的電化學池，
[0019] -將待純化的水與所述至少一種電化學池接觸，同時在陰極和陽極之間提供電位 差。
[0020] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種方法，其特征在于當犧牲陽極的犧牲部件至 少部分消耗時工藝停止且任選在替換犧牲陽極的犧牲部件后繼續(xù)。
[0021] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其中 當陽極和陰極的結構相同時，該方法進一步包括如下步驟：
[0022] -當犧牲陽極的犧牲部件至少部分消耗時轉換極性。
[0023] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其中 在工藝之前和/或之中，將工藝的抑調(diào)節(jié)至防止所形成的氨氧化物絮凝劑溶解的值，優(yōu)選 調(diào)節(jié)至5-8的值。
[0024] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其中 陽極和陰極之間的電位差足W產(chǎn)生15-300A/m2的電流密度。
[00巧]在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其中 水含有重金屬如銘或神。
[0026] 在本發(fā)明的一個方面中，提供了一種通過電凝聚從水中除去污染物的方法，其中 水含有氣化物。
【背景技術】
[0027] 電凝聚是一種通過電氧化金屬如鐵和侶在水/廢水中產(chǎn)生金屬氨氧化物促凝劑 的簡單有效方法。電凝聚的流程和基本概念示于圖1。當電流通過體系時，金屬離子從犧牲 陽極表面釋放，而在陰極產(chǎn)生氨氧根離子和氨氣。金屬離子和氨氧根離子易于結合形成聚 合金屬氨氧化物（polymericmetalhy化oxide),其為優(yōu)異的促凝劑。
[0028] 在陽極、陰極和主體液體中發(fā)生的反應如下所示，其中使用鐵和/或侶作為陽極 材料：
[002引在陽極處：
[0030] 金屬氧化
[00；31]Fe(S) -Fe2+巧e
[0032] Fe2+ 一Fe3++e
[0033] 水氧化：
[0034] 2&0 一 〇2+4e+4H"
[00對在陰極處：
[0036] 產(chǎn)生氨氣和氨氧根離子：
[0037] 2&0 一 &巧OH
[0038] 4e-+4H+一 2H2
[0039] 在主體液體中；形成金屬氨氧化物：
[0040] 化2+巧地一化（地）2
[0041] Fe3++30H一化（OH) 3
[0042] 在侶陽極的情況下，相應的金屬氧化如下：
[0043] Al(S) 一Al3++3e
[0044] 并且在主體液體中形成的金屬氨氧化物為：
[0045] A13++30H一Al(OH) 3
[0046] 取決于主體液體pH，可形成如下的金屬單-和多氨氧化物：
[0047] Fe(OH)/、Fe(OH) 2\Fe(OH)2、Fe(OH)3、Fe(OH) 6]、Fe(OH)4，
[0048] 并且在使用侶作為陽極材料的情況下，形成的氨氧化物的實例為：
[0049] Al(OH) 2%Al(OH) 3、Al(OH) 4、Al口 (OH)345+、Al口 (OH) 32?+
[0050] 金屬氨氧化物形成絮凝劑并通過離子交換、吸附、中和W及清掃絮凝 (sweep-flocaction)作用除去污染物。金屬陽離子中和膠體顆粒和污染物的表面負電荷。 然后，顆粒在范德華力的作用下變得接近并凝聚。除了各種類型的離子外，有機物質(zhì)也可通 過電凝聚W沉降絮凝物的形式有效除去。諸如電流密度、pH、電極類型、反應時間等因素在 金屬氨氧化物的形成中起著重要作用。通常而言，高電流密度在溶液中產(chǎn)生更多金屬離子。 同樣，金屬氨氧化物的溶解性主要取決于溶液pH。對于形成鐵和侶的氨氧化物絮凝劑的最 佳抑為5-8。然而，絮凝物在更低或更高抑值下變得可溶。抑對于金屬絮凝劑和污染物 之間的相互作用同樣重要。例如，通過氨氧化侶除去氣化物被認為是離子交換過程。根據(jù) 下述反應，氣離子替換氨氧化侶中的一個氨氧根離子并得到配合物：
[0051] Al(OH) 3+xF-Al(OH)(3X)Fx(S)+OH
[0052] 在專利文獻中，公開了水或廢水電凝聚治理的許多方法和材料。
[0053] US2012/0055871設及使用鐵顆粒和含有次氯酸鋼的水溶液的電解方法。該方法 的特征在于所述方法使用直流電流、來自陽極的鐵顆粒并且水溶液的次氯酸鋼濃度為至少 Ig/L。該文獻進一步設及一種用于預處理原料水W制備可易于處理并制備可飲用水或所謂 的工藝水的方法和裝置。
[0054] US2005/0167285提供了一種從飲用水中除去神酸鹽的電化學方法，其中將神酸鹽 吸附在原位陽極氧化形成的金屬氨氧化物上而除去。該申請描述了配有低碳鋼或侶板陽極 和不誘鋼陰極且電極間距為0. 5-1. 5cm的電化學池。
[0055] EP0595178A1描述了用于電解處理廢水的裝置和方法。將待純化和處理的水首先 流過含有不溶性陽極的至少一個陽極室，然后流過含有可溶性滲透性陽極的另一陽極室。 在水進入可溶性陽極室之前加入焦碳顆粒W引發(fā)電凝聚工藝。多孔犧牲陽極可W由鐵填屑 制成。
[0056] US4014766公開了一種在電解池中對廢水進行電解的方法，由此使得廢水中的雜 質(zhì)在通過電解溶解鐵片形成的絮凝劑氨氧化鐵中而隱藏，并對含有雜質(zhì)的絮凝劑進行氧化 工藝，然后分離，其中該電解池具有包含不溶性中屯、電極的陽極和圍繞并與該電極電接觸 的設置在其中的顆粒狀鐵片體?？蓪⒋艌鰬糜谌绱颂幚淼膹U水中，W促進絮凝劑沉降。在 中性或堿性條件下（而非應用使用鐵板時的酸性條件）可有效地將六價銘離子還原為=價 銘離子。
[0057] US2006/0000784描述了一種在至少兩步方法中處理水或廢水除去污染物的方法， 包括（a)處理水并產(chǎn)生至少部分處理的中間流出物，化）用犧牲金屬處理中間流出物并產(chǎn)