[发明专利]电极

说明书

本发明涉及由低导电性材料制成的电极，这种电极通常采用长条状的中空体形式。该中空体优选是由钛的亚化学计量氧化物等制成，在这种情况下，大多数有效制造方法都可使该中空体是多孔状的。

举例言之，如果一个管状体长500mm，外径18mm，壁厚3mm，体积电阻率是30mΩ.cm，并且在其一端进行电连接并施以2.83A的电流(旨在沿其长度方向上所有点处提供大约100A/m²的电流密度)，那么计算得知在该电极的两端之间的电压降大约是750mV。在很多的电化学应用中，由于这种电压降，就可能存在着其电势不足以执行预期功能的电极区域。在阳极与阴极之间为1-5V数量级的低电压下操作的电解过程的场合(这种情况是优选的，因为这通常会导致较低的用电成本)，不能保证电极的所有表面区域是等同有效的或者说是完全有效的，特别是对于电解过程例如水处理更是这样，此时表现出高的充气超电势(gassing overpotential)的电极表面更受欢迎(例如低价氧化钛、二氧化铅、掺杂的二氧化锡)。在这种情况下，实际的电流密度在这种电极两端之间的变化超过50％。

本发明的一个目的是提供一种与这种电极进行电连接的方法，该方法尤其是在电极体是由多孔材料构成的情况下将解决这类问题。

一方面，本发明提供一种电极，其包括：一由低电导性材料制成的通常为长条状的中空体，一连接到电源的电导体，该电导体按间隔开的位置位于所述中空体内部并布置成使得电流沿着电极基本均匀地分布。

所述导体是由导电性实质上高于(至少2个数量级)所述电极体的导电性的材料制成。一种形式是，该导体是一根弹簧丝的线圈形状以致于在力学上迫使该线圈以规则的间隔与中空体的内壁表面接触。在另一个实施例中，各个导体段存在于沿着纵向间隔开的位置上并且每个导体段都与所述中空体的内壁接触。

所述中空体可以是由一系列材料制成。该电极中空体最优选是由TiO_x形式的钛的亚化学计量氧化物制成，其中x的取值范围是约1.99-1.7。这样的中空体一般是多孔状的，因为以这种材料制造圆柱体或中空体的大多数成本低廉的方法容易导致多孔结构。可以有催化元素存在。在一个优选实施例中，该电极体是由钛的亚化学计量氧化物制成，而电极导体是电子管(valve)金属，由此可以形成耐久的电连接。

当本发明是适合使用体积电阻率高于大约20mΩ.cm的材料时，该中空体最好是至少200mm长。如果中空体材料的电阻率更高，则本发明适用于所述中空体是至少150mm长的场合。

本发明的电极适用于圆柱体电极几何形状是有利的许多处理中，例如流体处理以消除污染物质以及污染土壤的现场补救。一般地说，水污染可以分组成七类，如下：1、污水以及其它需氧废物；2、传染性病原体；3、植物养分；4、外来有机化学品；5、无机矿物和化合物；6、沉积物；7、放射性物质

污水与其它需氧废物一般可以被生物(有时是化学地)氧化成二氧化碳和水的含碳有机材料。这些废物可能是有问题的。在市政、疗养院、制革和屠宰场以及船舶排出的废水中通常可以发现传染性病原体。这类污染物能够使人和动物包括牲畜致病。

植物养分(例如氮和磷)能够促进水生植物的生长，该水生植物干扰了水的使用且其后来腐烂产生难闻的气味并增加了水中需氧废物的量。

外来有机化学品包括洗涤剂、杀虫剂中使用的表面活性剂、各种工业制品和其它有机化合物的降解产物。已知这些化合物之中的某些在极低的浓度下对鱼类就有毒性。这些化合物之中的许多是不易生物降解的。

无机矿物和化合物通常见于市政和工业废水及城市迳流中。这些污染物可杀死或伤害鱼类和其它水生生物且也可影响水的饮用或工业用途。一个明显的例子是汞在水中存在。另一个例子是在北方、在较冷的气候下用于除去路面冰冻的盐污染。

沉积物是由暴雨和洪水从地面、耕地、未保护的林地、过度放牧的牧场、露天矿、路面和城市推土区域上冲刷的土壤和矿物颗粒。沉积物填塞了河道和水库；侵蚀了电轮机和泵送设备，降低水生植物可以利用的阳光量；自来水过滤器；且冲积鱼巢、产卵和食品供应，由此降低了鱼类和水生贝类动物繁殖。

在水环境中的放射性物质通常来源于铀和钍的采矿和冶炼；来源于核电站和工业、医疗和科学实验用放射性材料。

另一方面，本发明提供一种用于电解处理液体的装置，其包括：一用于包含待处理流体的腔室、一阳极和一阴极，以及一电流电源，所述阳极和阴极的至少之一是本发明中所公开的电极。