一种磁约束电化学反应器的制作方法

本发明涉及一种电化学反应器，具体的是一种磁约束电化学反应器，主要应用于工业废水治理领域。

背景技术：

传统的电化学反应器的原理主要是基于电解水原理，在阳电极和阴电极直接施加一定大小的电场，将电解液进行电解，产生氢氧根离子、氢离子、羟基自由基和活性氧等粒子。尤其是对于工业污水的电催化氧化设备，产生的羟基自由基和活性氧等粒子对废水中的有机物进行氧化分解，生成二氧化碳和水等物质，达到治理工业废水的目的。由于采用电化学方法治理工业污水，或者电解水消毒等存在能耗高的缺点。为了节约能耗，各种电化学反应器被研究来降低能耗。有的采用三维电极反应器，增加极化效率，提高质量传输系数；有的采用隔膜电解反应器，防止阴极区和阳极区极化产物的相互影响，提高反应物的转化效率，节省电耗；有的在极板之间设置搅拌桨叶，提高溶液的流动性，提高电化学反应器处理工业污水的效率。尽管如此，电化学反应器的能耗并没有得到极大程度上的减少。这是因为这些改进工艺方案只是在于提高电化学反应是活性离子的混合均匀性等，并没有从本质上提高电化学反应产生的活性粒子浓度。以电催化氧化工艺治理工业废水为例，在通入一定量的电流条件下，通过电化学反应，将水电解生成氢氧根离子和氢离子，氢氧根离子在阳电极表面与空穴等物质反应生成中性态的羟基自由基，这种羟基自由基具有非常高的氧化电位，能够快速氧化水中的有机物。而在传统的电化学反应装置中，单位时间内产生氢氧根离子生成羟基自由基的浓度是一定的，而且浓度很低，传统改进工艺只是在提高电化学时的质量传输系数，并没有从本质上提高单位时间内产生羟基自由基的浓度，所以电化学反应的能耗并没有实质性的得到很大程度上的降低。

技术实现要素：

本发明的目的就是为了解决上述的技术问题，提供一种结构简单、运行成本低、转化效率高，低能耗的磁约束电化学反应器。

技术方案包括磁约束电化学反应器壳体，永久性磁柱阵列，进水口连接管和出水口连接管和电极组件，所述壳体一外侧安置有永久性磁柱阵列，所述壳体两侧端部安置有进水口连接管和出水口连接管，所述壳体内至少设有一组电极组件，所述电极组件是由阳电极、绝缘网膜、阴电极依次交替排布组合而成。

所述永久性磁柱阵列是由磁感应强度5000高斯以上的永久性磁体组成，磁体可以是圆柱形，正方体等一切形状；

所述永久性磁柱阵列内的相邻两个磁柱同一侧的磁性是相反的；

所述永久性磁柱阵列内的每相邻两个磁柱之间的距离在1cm-10cm之间，优选5cm；

所述电极组件置于电化学反应器壳体内部，且紧靠于安置有永久性磁柱阵列的壳体一内侧；

所述阳电极是由具有电催化性质的铱钌、铱钽钛阳电极、铂电极以及金刚石薄膜电极等一切体块阳电极或者网状阳电极，厚度在3mm以下；

所述阳电极的析氧电位1.5v以上，优选2.7v（参比标氢电极电位）；

所述绝缘网孔是具有耐腐蚀性厚度为2mm以下的塑料网膜，优选厚度为0.3mm；

所述阴电极可以是不具有铁磁性的不锈钢、铜、钛、石墨等板状或者网状电极，厚度在3mm以下。

针对背景技术中存在的问题，发明人对现有的电化学反应器进行了改进，在电化学反应器壳体的一外侧面上设置了由永久性磁柱构成的阵列；该阵列中的永久性磁柱在同一侧面的极性相反；电化学反应器壳体内的电极组件紧靠于安置有永久性磁柱阵列的壳体一内侧，而使得电极组件置于磁场中；在电极组件内产生的离子，例如氢氧根离子，由于受到洛仑磁力的约束，产生高密度的区域，从而极大程度上提高了在磁约束区域内的活性离子浓度，有效地增强电化学反应效率，提高转化效率，节约能耗。

有益效果：

本发明采用了永久性磁柱构成的阵列布置在电化学反应器的一侧，使得磁感应线平行电化学反应器壳体内电极组件的电极表面，因此，在电解的过程中，阴、阳两极之间的正、负离子在相互垂直的电场和磁场中会受到洛仑磁力的束缚，致使在电极表面附件产生高密度的活性离子区域，增强了电化学反应效率，提高了转化效率，降低了能耗；本发明反应结构简单，适用污水的治理工业领域。

附图说明

图1为本发明的电化学反应器的结构图。

图2为本发明的电化学反应器的前视图，图右侧是电极组件局部放大图。

图3为电极组件中阳电极、绝缘网膜和阴电极排列示意图。

1永久性磁柱，2出水口连接管，3进水口连接管，4电化学反应器壳体，5电极组件，501阳电极，502绝缘网膜，503阴电极。

具体实施方式

实施实例1：

参见图1，图2和图3。本实施电化学反应器壳体有厚度5mm的pp材料加工而成，长度600mm,宽度32mm，高度50mm。磁约束电化学反应器中的永久性磁柱阵列由磁场强度为5000高斯，底面圆半径为5mm的永久性圆柱形磁柱组成，并置于电化学壳体的出水口一侧，相邻两磁柱之间的距离为5cm，且在同一面上的磁柱磁性相反；电极组件由2块网状阳极，4块pp材质的绝缘网膜和3块网状阴极，按照阴电极、绝缘网、阳电极、绝缘网、阴电极、绝缘网、阳电极、绝缘网和阴电极的顺序依次交替组成。电极组件安置在电化学反应器壳体内，并紧靠于安置有永久性磁柱阵列的那一壳体内侧，确保电极组件在磁场分别范围内。阳电极采用网孔约为3mm，厚度2mm，析氧电位1.5v（参比标氢电极电位）的铱钌电极，阴极采用网孔约为4mm，厚度2mm不具有铁磁性的不锈钢网电极，绝缘网膜为孔径3mm，厚度1mm的塑料网膜。整个电极组件具有阳电极有效面积为1平方米。将含有苯酚的cod为2000mg/l模拟工业废水，通过进水口连接管进入到磁约束电化学反应器中，对电极组件施加电流密度为200a/m²的电流，经过1小时电解分解，模拟废水的cod降至200mg/l以下，能耗约为35kw/kgcod,比传统的电化学反应器节约一半。

实施实例2：

参见图1，图2和图3。本实施电化学反应器壳体由厚度5mm的pp材料加工而成，长度600mm,宽度32mm，高度50mm。磁约束电化学反应器中的永久性磁柱阵列由磁场强度为8000高斯，底面圆半径为5mm的永久性圆柱形磁柱组成，并置于电化学壳体的出水口一侧，相邻两磁柱之间的距离为5cm，且在同一面上的磁柱磁性相反；电极组件由2块网状阳极，4块pp材质的绝缘网膜和3块网状阴极，按照阴电极、绝缘网、阳电极、绝缘网、阴电极、绝缘网、阳电极、绝缘网和阴电极的顺序依次交替组成。电极组件安置在电化学反应器壳体内，并紧靠于安置有永久性磁柱阵列的那一壳体内侧，确保电极组件在磁场分别范围内。确保电极组件在磁场分别范围内。阳电极采用网孔约为3mm，厚度2mm，析氧电位1.6v（参比标氢电极电位）铱钽电极，阴极采用网孔约为4mm，厚度2mm不具有铁磁性的不锈钢网电极，绝缘网膜为孔径3mm，厚度1mm的塑料网膜。整个电极组件具有阳电极有效面积为1平方米。将cod为3000mg/l含有脂类工业废水，通过进水口连接管进入到磁约束电化学反应器中，对电极组件施加电流密度为500a/m²的电流，经过1小时电解分解，cod降至500mg/l以下，能耗约为30kw/kgcod,是传统的电化学反应器能耗的三分之一。

实施实例3：

参见图1，图2和图3。本实施电化学反应器壳体由厚度5mm的pp材料加工而成，长度600mm,宽度32mm，高度50mm。磁约束电化学反应器中的永久性磁柱阵列由磁场强度为8000高斯，底面边长为10mm的永久性方体磁柱组成，并置于电化学壳体的出水口一侧，相邻两磁柱之间的距离为10cm，且在同一面上的磁柱磁性相反；电极组件由3块阳极，4块绝缘网膜和4块阴极组成，总厚度为1.8cm，电极组件安置在电化学反应器壳体内，并紧靠于安置有永久性磁柱阵列的那一壳体内侧，确保电极组件在磁场分别范围内。阳电极采用网孔约为3mm，厚度2mm，析氧电位1.6v（参比标氢电极电位）铱钽电极，阴极采用网孔约为4mm，厚度2mm不具有铁磁性的不锈钢网电极，绝缘网膜为孔径4mm，厚度1mm的塑料网膜，整个电极组件具有阳电极有效面积为1平方米。将氨氮浓度约为1000mg/l的工业废水，通过进水口连接管进入到磁约束电化学反应器中，对电极组件施加电流密度为200a/m²的电流，经过2小时电解分解，氨氮至5mg/l以下，能耗约为25kw/kgnh3,是传统的电化学反应器能耗的四分之一。