[发明专利]一种电解设备及其应用

说明书

本发明公开了一种电解设备及其应用，该设备是将电解槽与直流电源和低温等离子体放电电源耦合使用。该设备结构简单，操作方便，仅需将待测溶液加入电解槽中作用一定时间既可获得目标产物。将本发明所述的设备应用在利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠中，可实现氯化钠向次氯酸钠的高效转变，生成的次氯酸钠溶液中有效氯含量均符合《次氯酸钠》A‑I类指标。将本发明所述的设备应用在净化有机废液中，最高可实现去除有机废液中99.8％COD，99.9％氯、99.8％氨氮和99.5％总磷。将本发明所述的设备应用在利用硫酸废液制备单质硫中，硫酸废液中硫酸根的最高转化率可达98％以上。

技术领域

本发明属于化工生产领域，具体涉及一种电解设备及其应用。

背景技术

次氯酸钠具有较好的消毒和杀菌效果，且相较于液氯更易储存、运输和使用，具有更好的安全性，因此在净水和污水处理厂、印染行业、纸浆漂白领域均有广泛的应用。新型冠状病毒肺炎疫情爆发以来，次氯酸钠作为一种杀菌剂和消毒剂也被广泛应用到居民的生活中。

当前，次氯酸钠的制备方法主要包括4种：漂白粉与碳酸钠的复分解反应法、盐溶液电解法、纯碱溶液氯化反应法、烧碱氯化法。其中漂白粉与碳酸钠的复分解反应法产生的次氯酸钠溶液中易含有大量碳酸钙沉淀，且制备过程需使用大量的纯碱，不适宜工业化生产。纯碱溶液氯化反应法和烧碱氯化法均适合大规模生产，但制备过程均需使用氯气，存在较大安全隐患和二次污染风险，且成本易受碱价格变化而波动。盐溶液电解法是通过电解氯化钠水溶液产生的氯气与烧碱在内部混合，重新反应形成次氯酸钠。盐溶液电解法是一种将氯化钠转化为次氯酸钠的方法，无需添加其它化学试剂，但目前该方法制备的次氯酸钠有效氯质量分数仅5％，氯转化效率低。因此，基于上述分析，研发一种利用氯化钠制备高有效氯含量次氯酸钠的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。

另外，印染、电镀、制药及食品加工等行业易产生大量含盐有机废水，若未经处理直接排放到周边环境会对土壤及地表地下水体造成严重污染。高浓度含盐有机废水由于其既含有高浓度有机污染物又含有大量无机盐，其净化难度较大。例如，对于仅含有有机污染物的废水，通常可通过絮凝耦合厌氧-好氧生化实现有机废液的净化。但对于高浓度含盐有机废水，通过絮凝无法有效降低其盐分，高含量的盐又会抑制后段工序中微生物的生长，从而影响对废液的处置效果。

目前对于高的浓度含盐有机废液，采纳物理化学与生物法组合工艺。采用膜工艺耦合电渗析技术实现盐份的去除。再将脱盐后的有机废液通过生化(微生物)技术处置。

总体而言，组合工艺可以一定程度上实现对有机含盐废液的处置，但现有组合工艺也存在净化效果较差、处置环节较多、处置周期长、潜在二次污染风险高等问题。因此，若能研发一套处置高浓度含盐有机废液的设备，实现对高浓度含盐有机废液高效处置是解决上述问题的关键。

再有，全国各级学校尤其是大学每年在进行化学实验实践过程中会持续性产生大量的含硫酸废液。同时硫化金属矿山在矿物开采、富集、冶炼过程中也会产生大量的含硫酸废水。对于传统的电镀行业，电镀过程中会产生含有大量硫酸盐物质的废水。这些含有硫酸或硫酸盐的废水若未经适当处理被直接排放到水体中会严重影响水体生态环境并造成水体污染。过多的硫酸根流入水体，会使得水底厌氧菌代谢变得更加活跃，从而抑制好氧菌活性。同时，河道中流入的硫酸根还会加速水体中甲基汞的生成，还会在厌氧菌作用下转化为H₂S，从而对水体中微生物、藻类植物、鱼类等各种生物的生长和生存造成严重危害，使得水体逐渐失去生态调节功能。

目前，处理含硫酸废液的方法主要包括酸碱中合法、化学沉淀法和微生物还原法。其中，酸碱中合法和化学沉淀法没有涉及到硫酸根价态变化。微生物还原法可通过硫酸盐还原菌在厌氧条件下实现将硫酸根转化为单质硫，但该方法存在作用周期长和硫转化效率低的问题。因此，研发一种直接利用硫酸废液制备单质硫的设备及相应制备方法是解决上述问题的关键。