[发明专利]用于从溶液中去除金属的电化学电池

说明书

发明背景

本发明涉及用于从溶液中去除金属的电化学电池结构，例如，从废液中去除有害金属以排放环境可接受的废液，并从溶液中回收有用的金属。

已知有一些电化学电池，通过电沉积溶液中金属的方法从一般较稀的溶液，如废水或其它排放液中回收金属。例如Sunderland等人的USP5,690,806中公开了一种这样的电池。该电池包含一个外层管状套，在其中安置了一种碳纤维材料制成的、外裹一种网管状支持物的圆柱形阴极组件，该支持物一般为开放式结构。一种与管状支持物长度一致的长的电流馈送器为碳纤维阴极提供电流。环绕阴极组件的是向心式管状阳极，阳极与阴极之间有间隔。把准备去除金属的电解质溶液通过入口导入电池，然后携带有金属的电解质溶液沿一条流动通道流过多孔碳纤维阴极到达出口，而所关心的金属则会在构成阴极的碳纤维表面沉积下来。

一般来讲，这种电池的最大电流密度总会受到与有物质沉积的电极表面直接接触的电解液中离子损耗的限制。例如，在USP5,690,806的电池中，多孔的碳纤维阴极的表面积非常大，这种结构一般对于从电解质溶液中去除金属离子比较有效。尽管这种电池的效率和性能都有所改善，但是对于高效的工业大体积应用，仍然需要进行某些实用的改进。本发明对前述的USP5,690,806中的电池进行了一定的实用的改进。

本发明概述

本发明的一个目的是提供一种电化学电池，它有一个改进功能的电流馈送器结构。在这一点上，本发明的一个目的是提供一种电流馈送器结构，它可以更容易地拆除废旧阴极。

本发明的另一个目的是提供一种电池，它的阳极结构使得沿阳极后面的圆筒形壁不会有气体聚集。

本发明的另一个目的是提供一种改进的分离电池结构，它有可容易拆卸的组合式隔板，该隔板产生了两条围绕阴极和围绕阳极的独立的循环通路，并且能够很好地抵抗恶劣环境中的降解。

本发明的另一个目的是提供一种带有组合式可替代的端盖组件的电池，这样就可以使用同样的电池来满足不同的流动要求而不必更换阴极或阳极组件。

这些和其它目的可以在一种对前述USP5,690,806中普通种类进行改进的电池中得以实现，该电池有一个多孔的碳纤维阴极，它由开放式结构的延伸的支撑构件所支撑。按照本发明，阴极电流馈送器包含许多馈送带，每一馈送带都延伸至基本与多孔阴极同样的长度，并且其中的馈送带围绕伸长的阴极支撑构件基本均匀地安置。馈送带的集合总宽度至少约为阴极支撑构件的特征圆周尺寸的20％。此外，形成的馈送带要与阴极支撑构件的曲率相符，目的是避免在电流馈送器处的多余的电沉积，并且避免在从阴极支撑构件上拆除废旧阴极时的其它障碍。本发明的电池也可以装备有一个与外套的内壁至少间隔距离为2.5mm的阳极，它可以有效地避免阳极与外套间的气体聚集。

本发明的电池也可以装备有改进的微孔隔板组件，它安置在阴极和阳极之间目的是限定独立的阳极电解液和阴极电解液流动室。隔板组件包含一层夹在两层多孔的支撑套之间的微孔膜。支撑套包含、保护并固定膜以限制使用条件下的弯曲运动从而延长膜的寿命。

按照本发明的电池还可以装备有以下将要详细描述的某种组合式结构，它的作用是使电池可以容易地适应于不同的流速。

本发明其它的方面、优点和新颖特征将在下面描述，或者对本领域熟悉的人员来说，从以下的说明书和说明性的实施方案中它们也是显而易见的。

附图的简要说明

图1是本发明一个电化学电池实施方案的总的等比例视图。

图2是图1中沿2-2线的剖视图。

图3是本发明的一个阴极组件实施方案的部分切除的等比例视图。

图4是图3实施方案的剖视图。

图5A是图3中沿5A-5A线的阴极组件的截面视图。

图5B是阴极组件的截面视图，表示阴极电流馈送器的一个替代

实施方案。

图6A和6B是分解的正面视图，表示用于保护隔板组件的端盖的替代实施方案。

说明性实施方案的详细描述