公布日：2024.12.27

申請(qǐng)日：2024.10.18

分類號(hào)：C02F1/461(2023.01)I;C02F103/20(2006.01)N

摘要

本發(fā)明實(shí)施例公開了一種基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法及電解槽，該電解槽包括：陰極、陽極和雙電層電容器電極。該廢水電解方法包括：第一電解階段，將雙電層電容器電極電連接直流電源的正極，將陰極電連接所述直流電源的負(fù)極，陽極不電連接所述直流電源，其中電解時(shí)長為第一階段時(shí)長,電解電壓為第一階段電壓；第二電解階段，將雙電層電容器電極電連接直流電源的負(fù)極，將陽極電連接直流電源的正極，陰極不電連接直流電源，其中電解時(shí)長為第二階段時(shí)長,電解電壓為第二階段電壓；其中，第一電解階段和第二電解階段交替循環(huán)進(jìn)行，直至電解運(yùn)行結(jié)束為止。本發(fā)明可在無離子交換膜的情況下使陰陽電極處產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)和氣體富集。

權(quán)利要求書

1.一種電極產(chǎn)物富集電解槽，其特征在于，包括：電解槽本體，其包括陰極區(qū)域、陽極區(qū)域和雙電層電容器電極區(qū)域，其中所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域相對(duì)設(shè)于所述電解槽本體的兩邊內(nèi)側(cè)，所述雙電層電容器電極區(qū)域設(shè)于所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域之間；陰極和陽極，所述陰極設(shè)于所述陰極區(qū)域，所述陽極設(shè)于所述陽極區(qū)域，所述陰極和所述陽極均是由導(dǎo)電材料所制成的電極；雙電層電容器電極，其為設(shè)于所述雙電層電容器電極區(qū)域的高比電容電極，其用于將所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域分隔開，其表面具有高比表面積的反應(yīng)面用于儲(chǔ)存電能，其整體具有多孔結(jié)構(gòu)，允許電解液通過；其中，當(dāng)所述電解槽本體內(nèi)存放有電解液時(shí)，電解液可通過所述雙電層電容器電極的多孔結(jié)構(gòu)在所述陰極和所述陽極之間流通，所述雙電層電容器電極可根據(jù)實(shí)際情況通過繼電器選擇電連接直流電源的正極或電連接直流電源的負(fù)極；其中，所述雙電層電容器電極對(duì)應(yīng)的高比表面積反應(yīng)面的制作材料為惰性材料，其中所述惰性材料為在作為陽極時(shí)不會(huì)被氧化溶解的導(dǎo)電材料。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極產(chǎn)物富集電解槽，其特征在于，所述惰性材料為碳材料、貴金屬材料和一種以上化學(xué)元素制備的電化學(xué)惰性電極材料中的任意一種。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電極產(chǎn)物富集電解槽，其特征在于，所述雙電層電容器電極的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，所述雙電層電容器電極的外型為平面或曲面或折疊結(jié)構(gòu)，所述雙電層電容器電極固定于所述電解槽本體的內(nèi)部底面、頂面或固定于所述電解槽本體的中部空間。

4.一種基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，基于權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的電極產(chǎn)物富集電解槽進(jìn)行電解，其包括：第一電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接直流電源的正極，將所述陰極電連接所述直流電源的負(fù)極，所述陽極不電連接所述直流電源，其中所述第一電解階段的電解時(shí)長為第一階段時(shí)長,所述第一電解階段的電解電壓為第一階段電壓；第二電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接所述直流電源的負(fù)極，將所述陽極電連接所述直流電源的正極，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第二電解階段的電解時(shí)長為第二階段時(shí)長,所述第二電解階段的電解電壓為第二階段電壓；其中，電解開始前第一電解階段和第二電解階段不分先后，電解開始后所述第一電解階段和所述第二電解階段交替循環(huán)進(jìn)行，直至電解運(yùn)行結(jié)束為止。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，將所述第二電解階段的電解方式替換為：將所述雙電層電容器電極和所述陽極之間短路電連接或接負(fù)載，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第二電解階段的電解時(shí)長為所述第二階段時(shí)長。

6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，將所述第一電解階段的電解方式替換為：將所述雙電層電容器電極電連接所述直流電源的負(fù)極，將所述陽極電連接所述直流電源的正極，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第一電解階段的電解時(shí)長為所述第一階段時(shí)長，所述第一電解階段的電解電壓為所述第一階段電壓；將所述第二電解階段的電解方式替換為：將所述雙電層電容器電極和所述陰極之間短路電連接或接負(fù)載，所述陽極不電連接所述直流電源，所述第二電解階段的電解時(shí)長為所述第二階段時(shí)長。

7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，若所述雙電層電容器電極的數(shù)量為多個(gè)，則在所述第一電解階段中全部的所述雙電層電容器電極均電連接所述直流電源的正極，在所述第二電解階段中全部的所述雙電層電容器電極均電連接所述直流電源的負(fù)極。

8.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，所述第一階段時(shí)長和所述第二階段時(shí)長相同或不相同。

9.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其特征在于，所述第一階段電壓和所述第二階段電壓相同或不相同，電解電壓為0.3-16v。

發(fā)明內(nèi)容

基于此，有必要針對(duì)上述問題，提出一種基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法及電解槽。

具體地，本發(fā)明包括以下內(nèi)容：

本發(fā)明的第一方面，提供一種電極產(chǎn)物富集電解槽，其包括：電解槽本體，其包括陰極區(qū)域、陽極區(qū)域和雙電層電容器電極區(qū)域，其中所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域相對(duì)設(shè)于所述電解槽本體的兩邊內(nèi)側(cè)，所述雙電層電容器電極區(qū)域設(shè)于所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域之間；陰極和陽極，所述陰極設(shè)于所述陰極區(qū)域，所述陽極設(shè)于所述陽極區(qū)域，所述陰極和所述陽極均是由導(dǎo)電材料所制成的電極；雙電層電容器電極，其為設(shè)于所述雙電層電容器電極區(qū)域的高比電容電極，其用于將所述陰極區(qū)域和所述陽極區(qū)域分隔開，其表面具有高比表面積的反應(yīng)面用于儲(chǔ)存電能，其整體具有多孔結(jié)構(gòu)。

可選地，所述雙電層電容器電極對(duì)應(yīng)的高比表面積反應(yīng)面的制作材料為惰性材料，其中所述惰性材料為在作為陽極時(shí)不會(huì)被氧化溶解的導(dǎo)電材料。

可選地，所述惰性材料為碳材料、貴金屬材料和一種以上化學(xué)元素制備的電化學(xué)惰性電極材料中的任意一種。

可選地，所述雙電層電容器電極的數(shù)量為一個(gè)或多個(gè)，所述雙電層電容器電極的外型為平面或曲面或折疊結(jié)構(gòu)，所述雙電層電容器電極固定于所述電解槽本體的內(nèi)部底面、頂面或固定于所述電解槽本體的中部空間。

本發(fā)明的第二方面，提供一種基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法，其基于上述任一項(xiàng)所述的電極產(chǎn)物富集電解槽進(jìn)行電解，其包括：

第一電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接直流電源的正極，將所述陰極電連接所述直流電源的負(fù)極，所述陽極不電連接所述直流電源，其中所述第一電解階段的電解時(shí)長為第一階段時(shí)長,所述第一電解階段的電解電壓為第一階段電壓；第二電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接所述直流電源的負(fù)極，將所述陽極電連接所述直流電源的正極，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第二電解階段的電解時(shí)長為第二階段時(shí)長,所述第二電解階段的電解電壓為第二階段電壓；其中，電解開始前第一電解階段和第二電解階段不分先后(即可以先按照所述第一電解階段的電解方式進(jìn)行電解，也可以先按照所述第二電解階段的電解方式進(jìn)行電解，以下同)，電解開始后所述第一電解階段和所述第二電解階段交替循環(huán)進(jìn)行，直至電解運(yùn)行結(jié)束為止。

可選地，基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法包括：第一電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接所述直流電源的正極，將所述陰極電連接所述直流電源的負(fù)極，所述陽極不電連接所述直流電源，其中所述第一電解階段的電解時(shí)長為第一階段時(shí)長,所述第一電解階段的電解電壓為第一階段電壓；第二電解階段，將所述雙電層電容器電極和所述陽極之間短路電連接或接負(fù)載，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第二電解階段的電解時(shí)長為所述第二階段時(shí)長；其中，電解開始前第一電解階段和第二電解階段不分先后，電解開始后所述第一電解階段和所述第二電解階段交替循環(huán)進(jìn)行，直至電解運(yùn)行結(jié)束為止。

可選地，基于電極產(chǎn)物富集電解槽的廢水電解方法包括：第一電解階段，將所述雙電層電容器電極電連接所述直流電源的負(fù)極，將所述陽極電連接所述直流電源的正極，所述陰極不電連接所述直流電源，其中所述第一電解階段的電解時(shí)長為所述第一階段時(shí)長，所述第一電解階段的電解電壓為所述第一階段電壓；第二電解階段，將所述雙電層電容器電極和所述陰極之間短路電連接或接負(fù)載，所述陽極不電連接所述直流電源，所述第二電解階段的電解時(shí)長為所述第二階段時(shí)長；其中，電解開始前第一電解階段和第二電解階段不分先后，電解開始后所述第一電解階段和所述第二電解階段交替循環(huán)進(jìn)行，直至電解運(yùn)行結(jié)束為止。

可選地，若所述雙電層電容器電極的數(shù)量為多個(gè)，則在所述第一電解階段中全部的所述雙電層電容器電極均電連接所述直流電源的正極，在所述第二電解階段中全部的所述雙電層電容器電極均電連接所述直流電源的負(fù)極。

可選地，所述第一階段時(shí)長和所述第二階段時(shí)長相同或不相同。

可選地，所述第一階段電壓和所述第二階段電壓相同或不相同，電解電壓為0.3-16v。

本發(fā)明的有益效果包括但不限于：

本發(fā)明在第一電解階段和第二電解階段的電解過程中，電解槽的陰極表面發(fā)生還原反應(yīng)，電解槽的陽極表面發(fā)生氧化反應(yīng)，而雙電層電容器電極發(fā)生雙電層儲(chǔ)能反應(yīng)，具體為：1、雙電層電容器電極接直流電源正極時(shí)，溶液中的陰離子會(huì)因雙電層電容器電極表面積累的正電荷而吸附在其表面；2、雙電層電容器電極接直流電源負(fù)極時(shí)，陽離子會(huì)因雙電層電容器電極表面積累的負(fù)電荷吸附在表面。因?yàn)殡p電層電容器電極分隔了陰極和陽極所在的區(qū)域，由于電場和離子極性的共同作用，陰極和陽極各自所在區(qū)域的產(chǎn)物不會(huì)遷移至對(duì)方區(qū)域，因此本發(fā)明可使陰陽電極處產(chǎn)生的化學(xué)物質(zhì)和氣體(如氫氣、氧氣、氨氣和氯氣等)富集，且陰陽極各自的產(chǎn)物不會(huì)混合。

（發(fā)明人：許燕濱;許勤華）