[发明专利]电化学电解槽及其运行方法

说明书

发明领域

本发明涉及电化学电解槽(electrochemical cell)领域，特别 涉及用于电解处理水的电解槽(cell)。

发明背景

在现有技术中已知若干用于电解水处理的电化学电解槽，例如产 生次氯酸盐和臭氧用于水消毒的电解槽，或者产生氧气用于生物杀灭 处理的电解槽。这些电解槽的主要问题之一是形成结垢产物，例如不 溶性盐的水垢(scale)、藻类或其它微生物生长等，特别是在电解槽 中的阴极表面上。这样的结垢产物通常是非导电性的并且对电化学处 理的电流效率有害，以及妨碍电解质到达活性反应位置，从而必须被 定期去除。原则上，这意味着要拆解其中安装有结垢电极的电解槽， 从而除维护程序的基本费用之外净损失生产率。此外，用于电化学应 用的电极通常包括涂覆有催化活性组分的薄层的惰性导电基材，在许 多情形中所述催化活性组分包含非常昂贵的贵金属或其氧化物。通过 机械方式从这些活性电极表面去除盐垢或藻类涉及破坏这样的脆弱 (delicate)活性涂层的风险，这意味着更加严重的经济损失。

为了避免这些昂贵且有风险的维护程序，现有技术中公开的一种 措施在于：每隔有限的时间段周期性地反转电极极性，这可导致建立 有利于使水垢脱离或溶解的短暂条件(例如使临时作为阳极的结垢阴 极表面附近的酸度局部提高)或者针对于藻类的生物杀灭作用(例如 在结垢的阴极表面上短暂地形成氯气)。

在本领域中被称为电流反转的这种技术的不同实施方案是已知的 并且已被用于诸如以下的用途：具有次氯酸盐产生的海水电解、用于 游泳池水的氯化装置中的电流反转以及水电解处理中的碳酸钙水垢的 去除。在所有这些例子中，阴极定期在预定的循环中作为阳极工作有 限的时间：在电流反转模式下的运行时间越长，电极清洁越有效。

然而，如果以反转条件运行过长时间，则除了当电解槽以清洁模 式运行而不产生所希望的产物时导致可能的净电流效率下降以外，还 可能发生对电极的破坏。在大多数情形中，阴极的阳极运行对于专门 为阴极运行而设计的材料的完整性而言是有害的，包括一些优选的阴 极基材例如不锈钢、镍和镍合金。在大多数情形中，设计用于利用断 续电流反转运行的电解槽被迫利用钛阴极，必须用贵金属涂层的适当 层保护该钛阴极。另一方面，对于被迫作为阴极运行的专门设计的阳 极材料而言，电流反转的有害影响也可能非常严重，并且通常在电流 反转模式下发生氢气析出，这并非对于所有的涂层和基材均是无害的 反应。因此对有待以周期性电流反转运行的电解槽的结构材料的选择 自由度降低，并且通常需要折衷以满足所有的不同要求。受以上局限 显著影响的典型工业应用的例子是上述的游泳池水氯化，特别是当待 处理水的硬度高时，以及船舶压舱水的船上处理，其为国际法规所要 求用以破坏非本地形式的海洋生物并且同时受结垢现象以及生物阴极 结垢的影响。

因此希望提供这样的电化学电解槽：其中在不中断生产并且不反 转电极极性的情况下实现结垢产物的去除。还希望提供适合于如下应 用的电化学电解槽：产生氧气和/或次氯酸盐，压舱水的生物杀灭处理 或游泳池水的氯化。

发明概述

在一个实施方案中，本发明针对于一种电化学电解槽，该电解槽 包含：第一和第二阳极/阴极对，每一个所述阳极/阴极对包含被非导 电介质隔开的阴极和阳极；和将所述第一和第二阳极/阴极对连接至电 源的至少一个驱动装置，所述驱动装置和所述电源适合于如下交替供 应直流电流：

-在第一运行状态中，将所述直流电流供应给所述第一阳极/阴极 对的所述阴极以及供应给所述第二阳极/阴极对的所述阳极，剩余的阴 极和阳极处于开路，和

-在第二运行状态中，将所述直流电流供应给所述第二阳极/阴极 对的所述阴极以及供应给所述第一阳极/阴极对的所述阳极，剩余的阴 极和阳极处于开路。

在另一个实施方案中，本发明针对于包含如下的电极组件：

(a)至少两个阳极/阴极对，每一对包含阳极、非导电部件、阴 极；和

(b)至驱动装置的连接件，其能够将阳极电流引向阳极并将阴极 电流引向阴极。

在另一个实施方案中，本发明针对于包含如下的电极组件：(a) 至少两个阳极/阴极对，每一对包含阳极、非导电部件、阴极；和(b) 至驱动装置的连接件，其能够将阳极电流引向阳极并将阴极电流引向 阴极。