[发明专利]一种制备复合氧化剂的方法及设备

说明书

技术领域

本发明涉及一种电化学技术领域，尤其是一种利用电化学原理制备复合 氧化剂的方法及制备该复合氧化剂的设备。

背景技术

氧化剂的主要成分是具有一定氧化电位的氧化性物质，市场上常见的氧 化剂有液氯，次氯酸，次氯酸盐，臭氧，二氧化氯，双氧水等，都具备一定 的氧化电位，广泛用于消毒、杀菌、清洗等领域，也用于对污水、臭气等由 硫化物、有机物组成的还原类物质的氧化清除。常见氧化剂的氧化电位依次 为：氟及过氧化物3.0v，羟自由基2.8v，臭氧2.1v，双氧水1.77v，高锰酸钾 1.7v，二氧化氯1.5v，氯1.4v，次氯1.36v。电位越高的氧化剂其氧化能力越 强。其中臭氧氧化电位高，具备强氧化能力，但是容易分解，一旦发生泄漏 会导致严重安全问题；液氯因成本低被普遍使用，但如果发生泄漏，不仅气 体毒性高，且容易爆炸；次氯酸钠性能较温和，但氧化性弱，需要较高的使 用浓度，且易构成二次污染；二氧化氯极不稳定，需要现用现配，并需要现 场活化，其制取原料同样存在爆炸隐患。双氧水成本低廉，但在高浓度下也 容易发生爆炸。总之，现有单一氧化剂普遍存在使用、存储、运输环节的安 全、健康，环保问题。此外，长期用于杀菌消毒使用存在抗药问题。

通过阳极电解碱金属盐或酸的方式可生产出复合氧化剂，相对而言是一 种安全绿色的生产方式，但现有技术存在材料与工艺方面的瓶颈。

例如，采用电解氯化钠溶液生产以次氯酸钠为主的发生工艺以中国专利 申请CN201010230119比较具有代表性。该现有技术采用了对称设计的复式 串联钛基金属氧化物(氧化钌)电极，可生产出约3500ppm浓度的溶液。按 照其公开的11kg/h有效氯(FAC)的生产量参数，需要9.6m²的分8组串联的 电极(有效阳极面积为4.8m²)，工作电流为1500A。可换算得实际工作电流 密度只有约300A/m²，电流效率只有70％。

另外，该现有技术的采用钛基钌(Ru)铱涂层型稳阳极(DimensionStable Anode，DSA)，还存在一个致命问题就是RuO₄的污染问题以及涂层寿命过 低的问题，涂层中的二氧化钌会被进一步氧化为高毒性的RuO₄溶解到溶液 中，因此采用钌系涂层的电极不能用于与食品安全相关的应用。而且当钌系 涂层阳极工作在高电流密度下时，高槽压的情况下，在10000A/m²以上的电 流密度下，涂层会迅速地分解剥离，寿命一般不超过100小时。有关DSA技 术的原理可以参见现有技术《高性能多用途的DSA阳极》(电镀与涂饰，2004 年6月第23卷第3期，谢素玲)，此处引用作为参考。

再例如，采用电解酸生产以次氯酸为主的发生工艺以美国专利US 6227141比较具有代表性。该现有技术公开了采用镀铂电极电解浓盐酸生成 氯气并与水混合稀释生产14ppm以次氯酸为主的杀菌液的工艺，其思路是 通过获得较低的槽电压以使得次氯酸产率提高，并获得较低能耗。其公开的 实施例10中，生产10000l/hr，14ppm的次氯酸溶液，也就是140g/h的FAC 产率，需要17支230平方厘米的铂电极，其连接方式等效为8组并联电解槽， 每槽工作在105安的电流下，工作电流密度虽然能够达到4565A/m2，但是 实际电流效率仅为12.6％。

并且该现有技术所采用的铂系阳极，虽然可以在较高的电流密度下工作， 但存在成本高，电流效率低的问题，仅仅局限在小规模的应用领域。

由于工作电流密度与电流效率是衡量发生器空间占用与电极使用量的直 观参数，在给定FAC产率得条件下，更高的电流密度与电流效率意味着更少 的电极面积使用量与更小的空间占用。

上述现有技术中，第一篇现有技术的电解氯化钠虽然可以取得70％的电 流效率，但是电流密度很低，只有300A/m²。而第二篇现有技术的电解盐酸 虽可在较高的电流密度下工作，但电流效率却非常低，只有12.6％。