用于制备氧化溶液的电解槽的制作方法
【专利说明】用于制备氧化溶液的电解槽 发明概要
[0001] 本发明涉及用于制备包含活性氯的具有消毒能力的氧化溶液的三隔室电解槽。
[0002] 发明背景
[0003] 使用包含活性氯的温和酸性溶液(大多数为次氯酸形式)在与包括健康护理和卫 生应用的多个工业领域有关的各种消毒过程中是已知的；例如在食品工业中，采用这种溶 液来消除病原菌例如来自各种食品的制造周期的沙门氏菌或大肠杆菌。可在未分隔的槽或 在两隔室槽中（即在由半渗透性隔膜或阳离子交换膜隔开并供给有碱氯化物盐水的槽中） 电解进行包含合适浓度(例如50-100ppm)下的游离活性氯的溶液的连续制备;在后一种情 况下，在阳极隔室中产生所需溶液，同时在对应的阴极隔室获得具有良好清洁性质的碱性 溶液。然而在这样的系统中，所得的阳极产物的盐度太高而不适用于许多典型应用领域(食 品工业、医院、农业）。可采用装备有三个隔室的电解槽获得具有优异品质的阳极产物，其中 浓盐水在中间的隔室中循环，该中间的隔室通过阳离子交换膜与阴极隔室隔离，通过阴离 子交换膜与阳极隔室隔离。分隔体的上述选择允许钠离子选择性迀移至阴极隔室，其中产 生稀碱溶液(例如当盐水由氯化钠组成时为50 - lOOppm的苛性钠），并且允许氯离子选择性 迀移至阳极隔室，其中产生氯。然而，没有可商购的阴离子膜能够抵抗含氯酸性溶液的侵蚀 持续大于几十小时，尽管它们声称的对氧化剂的抗性;更换三隔室槽中的阴离子膜的维护 成本因此证明不是很适合工业的需要。
[0004] 因此，确定了需要提供用于制备包含活性氯的酸性溶液的电解槽，其克服现有技 术的缺点，特别是就部件的耐久性而言。
[0005] 发明概要
[0006] 在所附的权利要求中阐明本发明的各个方面。
[0007] -方面，本发明涉及用于制备具有消毒性质的氧化溶液的电解槽，包含：阳极隔室 和阴极隔室，并且由阳极分隔体和阴极分隔体限定置于阳极隔室和阴极隔室之间的中间的 隔室；阴极分隔体，其分隔阴极隔室与中间的隔室，由阳离子交换膜构成，而阳极分隔体分 隔阳极隔室与中间的隔室，包含由与陶瓷材料颗粒机械结合的有机聚合物纤维的网络构成 的隔膜。在一个实施方案中，将用作阳极分隔体的隔膜施加或以其它方式布置成与阴离子 交换膜紧密接触。
[0008] 在一个实施方案中，该隔膜由全氟化聚合物和氧化锆的厚度在0.1和1mm之间的复 合带构成，例如与由Industrie De Nora商业化的产品如PolyraflliX^Tape类似。这种类 型的材料具有适合于布置成多个叠加层直至获得所需厚度的优点；此外，它可以直接用作 分隔体或者可以直接将它施加至阴离子交换膜的两侧或者其单侧，在一个实施方案中该单 侧是面对阳极隔室的一侧。这种类型的隔膜可以通过如下获得:沉积成悬浮聚合物纤维的 薄片，在其上先前通过机械装置冲击陶瓷颗粒，随后烧结和水合。沉积可以根据造纸工业的 典型工序(例如通过在合适的多孔基体上过滤)发生。这些隔膜被证明出乎预料地适用于向 最常见的阴离子交换膜赋予高的化学抗性，同时增强它们的选择性。在一个实施方案中，阳 极隔室设有用于供给软化水(例如硬度不超过7°f的水）的装置，并且设有用于提取包含游 离活性氯的温和酸性的氧化溶液(例如在4-6.9的pH下）的装置；阴极隔室设有类似于阳极 隔室的用于供给软化水的装置并且设有用于提取碱性阴极电解质（例如在9和11之间的pH 下的苛性钠溶液）；中间的隔室设有用于将碱氯化物盐水(例如饱和的氯化钠盐水)再循环 的装置。
[0009] 在另一方面，本发明涉及用于在如上所述的槽中制备具有消毒能力的含有活性氯 的氧化溶液的方法，包括将水、任选硬度不超过7°f的软化水供给至阳极隔室并且任选供给 至阴极隔室，将碱氯化物盐水、任选饱和的氯化钠水溶液再循环通过中间的隔室，在与电源 装置的正极连接的阳极隔室和与负极连接的阴极隔室之间供给直流电流，和从阳极隔室提 取产物氧化溶液。在一个实施方案中，通过包含分解催化剂(例如基于Ru0 2或C〇3〇4)的外部 储器来进行将碱氯化物盐水再循环通过中间的隔室。这可具有减小中间的隔室中游离氯的 含量的优点，有助于保护阴离子膜，尤其是在其中仅将聚合物隔膜施加至膜的面对阳极隔 室的一侧的情况下。Ru0 2或C〇3〇4催化剂特别适合这一目的，因为可以以施加至罐的合适部 件(例如，施加至由插入罐中的钛或其它合适的材料制成的板)的催化涂层形式将其引入罐 中。可以采用能够降低再循环的盐水中游离氯的水平的其它分解催化剂，而不脱离本发明 的范围。
[0010] 现在将参照附图描述例示本发明的一些实施方式，其唯一目的是说明相对于本发 明的所述特别实施方式不同元件的相互布置;特别地，附图不一定是按比例绘制的。
[0011] 附图简要描述
[0012] 图1是根据本发明的一个实施方案的电解槽的图。
[0013] 附图详细描述
[0014] 图1显示了根据本发明的一个实施方案的电解槽100的侧视图，分别细分成三个隔 室，由阳极隔室200和阴极隔室400与置于其间的中间的隔室300构成。阳极隔室200包含阳 极250并且通过施加至阴离子交换膜320的面向阳极隔室200的一侧上的聚合物隔膜321与 中间的隔室300隔离。阴极隔室400包含阴极450并且通过阳离子交换膜340与中间的隔室 300隔离。通过衬垫系统600保证各隔室之间的密封。在中间的隔室300内，在罐500的帮助下 将饱和氯化钠溶液或其它类型的碱氯化物盐水510再循环。在罐500内部任选包含分解催化 剂，例如作为金属部件(未示出）的涂层施加的二氧化钌。
[0015] 通过合适的供应装置(未示出）给阳极隔室200供应软化水210;从该相同的隔室， 提取处于微酸性pH下的包含游离活性氯的氧化溶液220。还给阴极隔室400供应软化水410; 在一个实施方案中，分别到阳极隔室200和阴极隔室400的软化水进料210(以下的阳极电解 质)和410(以下的阴极电解质)是统一的。在另一个实施方案中，仅给阳极隔室200供应软化 水210。从阴极隔室400提取具有可忽略的盐度的稀碱溶液420,其适合用作许多工业应用中 的清洁剂。
[0016] 包括以下实施例来说明本发明的特别实施方案，其实用性在要求保护的范围内已 得到很大程度的验证。本领域技术人员应该理解，接下来的实施例中所公开的构成和技术 代表由发明人发现的在本发明的实践中功能良好的构成和技术;然而，考虑到本公开内容， 本领域技术人员理解可以在所公开的特定实施方案中