一种次氯酸钠发生器的电解槽组件的制作方法

本实用新型涉及电解设备技术领域，尤其涉及一种次氯酸钠发生器的电解槽组件。

背景技术：

次氯酸钠是一种非天然存在的强氧化剂，它的杀菌效力比氯气更强，属于真正高效、广谱、安全的强力灭菌、杀病毒药剂。次氯酸钠的稳定性比较差，消毒用的次氯酸钠溶液多以发生器现场制备的方式来生产。这种次氯酸钠发生器以浓度为3wt%~5wt%的食盐水作为原材料，通过电解反应产生次氯酸钠溶液。因此次氯酸钠发生器中用于电解的电解槽组件是整个装置的重要组成部分。在电解过程中，需要注意以下两个问题：1.电解温度问题：一方面由于用于电解的电极自身电阻问题，其在工作过程中会产生热量；另一方面由于电解反应本身为放热反应，会产生热量，这就导致随着电解的进行，电解槽组件内的温度升高。而我们需要制得的次氯酸钠产品的稳定性较低，温度过高会导致其分解，因此对电解槽组件内环境温度的控制尤为重要。2.电解电极材料问题：低浓度氯化钠水溶液的电解要求阳极材料具有良好的析氯抑氧的高选择电催化活性和耐久性，因此需要能够抑制阳极电极发生产氧副反应电极组。

技术实现要素：

本实用新型要解决上述问题，提供一种能够有效控制电解槽内环境温度过高的次氯酸钠发生器的电解槽组件。

本实用新型解决问题的技术方案是，提供一种次氯酸钠发生器的电解槽组件，包括安装槽以及竖直设置于所述安装槽内的用于电解稀盐水的电极组，所述安装槽设有稀盐水进口、次氯酸钠出口以及排氢口；还包括换热件，所述安装槽的端部设有安装板，所述换热件通过所述安装板悬设于所述安装槽槽口上方；所述换热件为外壁涂设有酚醛树脂涂层的ta2钛管。

优选地，所述电极组包括与电源正极连接的阳极电极、与电源负极连接的阴极电极以及中间感应电极，所述中间感应电极包括靠近所述阳极电极的感应阴极部和靠近所述阴极电极的感应阳极部。

优选地，所述阳极电极表面设有高氧超纳米晶钛涂层。

优选地，所述阳极电极和阴极电极分别通过接线件设置于所述安装板，所述接线件包括设有若干用于容置阳极电极或阴极电极端部的凹槽的连接板以及穿过所述安装板与电源连接的接线头；所述接线件的材质为钛铜合金。

优选地，还包括套设于所述安装槽、用于固定所述换热件悬空部分的固定件，所述固定件包括用于承接所述换热件的承接部和用于箍紧所述换热件的箍紧部，所述承接部开设有承接槽。

优选地，所述换热件的进水端和出水端设置于同一安装板，所述换热件的本体经若干次弯曲后悬置于安装槽槽口上方。

优选地，所述换热件内置有弹性除垢球；所述换热件外表面环状设有若干凸起部，两凸起部之间形成凹陷部，相邻换热部的凸起部与凹陷部相互咬合；所述凸起部外壁设有由若干正六边形的凹槽形成的蜂窝槽。

本实用新型的有益效果：

电极组竖直地安装于安装槽内，电解产生的热从电极片之间的间隙上升；而换热件悬设于安装槽上方，热气上升接触到换热件后由换热件将热量带走，达到解决电解发热的目的。

附图说明

图1是一种次氯酸钠发生器的电解槽组件的结构示意图；

图2是一种次氯酸钠发生器的电解槽组件电极组的结构示意图；

图3是一种次氯酸钠发生器的电解槽组件接线件的结构示意图；

图4是一种次氯酸钠发生器的电解槽组件换热件的结构示意图；

图5是一种次氯酸钠发生器的电解槽组件换热件的截面图。

图中：安装槽10，安装板11，保护罩12，电极组20，阳极电极21，阴极电极22，感应阴极部23a，感应阳极部23b，连接杆24，换热件30，固定件31，弹性除垢球32，凸起部33，蜂窝槽33a,凹陷部34，接线件40，连接板41，接线头42。

具体实施方式

以下是本实用新型的具体实施方式，并结合附图，对本实用新型的技术方案作进一步的描述，但本实用新型并不限于这些实施例。

一种次氯酸钠发生器的电解槽组件，如图1所示：包括安装槽10以及竖直设置于安装槽10内的用于电解盐水的电极组20，安装槽10设有稀盐水进口、次氯酸钠出口以及排氢口；还包括换热件30，安装槽10的端部设有安装板11，换热件30通过安装板11悬设于安装槽10槽口上方。使用时，通过稀盐水进口向安装槽10内通入稀盐水，对电极组20通电后，稀盐水中的氯化钠与水发生电离，分别在阴极和阳极生成氢气与氯气，剩下的氢氧根离子与钠离子结合生成氢氧化钠。其中氢气由于其分子量较小且不溶，会从设置于安装槽10上方的排氢口排出，而氯气溶于水后，跟氢氧化钠发生反应，会生成氯化钠和次氯酸钠。而水中的氯离子，也会跟氢氧化钠发生反应，同样生成氯化钠和次氯酸钠，得到的次氯酸钠从次氯酸钠出口排出即可。

其中，如图4所示，换热件30的进水端和出水端设置于同一安装板11，从而向换热件30不停地通入循环冷却水。电解产生的热量沿着电极组20之间的间隙上升，接触到通有循环冷却水的换热件30后即可由换热件30将热量带走。

为了提高换热效果，将换热件30设计为外壁涂设有酚醛树脂涂层的ta2钛管。相比于传统的不锈钢结构，其制成的换热管壁厚更薄，能极大地提高换热效率。同时钛还具有强度高、重量轻的特点，由于本实施例中将钛管悬挂于安装槽10槽口上方，较轻的钛管能够更好地达到悬设效果，并有利于安装时密封。

又由于在大多数介质中，钛的钝化电位比氢的标准电极电位还要负，因此即使在非氧化性酸、如盐酸、硫酸中，只要存在氧，均能使钛发生钝化。而电解槽组件在经过一段时间的电解后，会进行酸洗除垢，那么这就容易导致钛的钝化，使得换热件30表面形成较厚的钝化膜，虽然增加了钛管的耐腐蚀性，但影响了换热效率。因此，于钛管表面涂设一层酚醛树脂涂层，能够防止钛的钝化、防止换热件30的腐蚀，且酚醛树脂对换热几乎没有影响。

进一步地，将换热件30的本体经若干次弯曲后形成若干换热部，以增大热气与换热件30之间的接触面积从而提高换热效果。

如图5所示，还可以在换热件30外表面环状设有若干凸起部33，两凸起部33之间形成凹陷部34，凸起部33外壁设有由若干正六边形的凹槽形成的蜂窝槽33a。一方面，通过这种凹凸结构以及蜂窝槽33a进一步扩大了换热件30的换热面积；另一方面，蜂窝槽33a除了具有较好的比刚度和比强度外，也是一种理想的散热结构。同时，热气进入蜂窝槽33a时，热气在这种交错排布的结构间隙中与换热件30外壁不断产生冲击性较强的紊流。由于稀盐水中可能含有杂质、而电解过程会产生氢氧化钠，部分杂质和氢氧化钠会随着随热气不断接触到换热件30并附着于换热件30对其产生损害，并会减小后续热气与换热件30之间的接触面积，影响换热件30的换热效果，因此可以通过这种具有冲击性的紊流效果不断对换热件30表面进行冲击以减少水垢的附着。

此外，由于进入换热件30的冷却水并不是纯净水，水中的杂质容易在换热件30内壁结垢，不便清洗，因此在换热件30内置弹性除垢球32，在向换热件30内通入水的同时，水流带动弹性除垢球32撞击换热件30内壁以进行除垢。

由于换热件30是悬设于安装槽10槽口上方的，可能具有安装不稳定的问题。因此还包括套设于安装槽10、用于固定换热件30悬空部分的固定件31，固定件31包括用于承接换热件30的承接部和用于箍紧换热件30的箍紧部，承接部开设有承接槽。以承接部和箍紧部环抱住换热件30，并以固定件31环抱住安装槽10和换热件30，从而保持换热件30的稳定，防止换热件30向下塌落于安装槽10槽口或向上翘起等问题。

此外，为了进一步保护安装槽10及槽内的电极组20和换热件30，安装槽10外设有保护罩12。保护罩12可以通过螺钉可拆卸地安装于安装板11。需要说明的是，安装槽10需要选用深色材料以达到遮光效果，防止次氯酸钠的光分解问题。

电解稀盐水是通过电极组20实现的，因此电极组20的设计也十分重要。如图2所示，电极组20包括与电源正极连接的阳极电极21、与电源负极连接的阴极电极22以及中间感应电极23，中间感应电极23包括靠近阳极电极21的感应阴极部23a和靠近阴极电极22的感应阳极部23b。

各个电极之间是相互平行并具有一定间隙的，当向安装槽10内通入稀盐水时，电极之间才会导通。其中，中间感应电极23虽然不与电源直接连接，但是在感应电荷原理的作用下，其两端分别带上了正电荷和负电荷，从而产生的电路是，电流从正极到负极，依经过阳极电极21、感应阴极部23a、感应阳极部23b、阴极电极22形成回路，电极之间串联。根据串联电路分压原理，电流能够按照所串联的电极数成倍下降，从而能够很大程度上降低电解电极时产生的电流和热量，进一步降低了电解产热所带来的安全隐患问题。

此外，如图3所示，阳极电极21和阴极电极22分别通过接线件40设置于安装板11，接线件40包括设有若干用于容置阳极电极21或阴极电极22端部的凹槽的连接板41以及穿过安装板11与电源连接的接线头42。从而将电极有秩序地安装于安装槽10内。且为了减少接线件40自身电阻发热问题并保证导电效果，接线件40的材质采用钛铜合金。

同时，中间感应电极23不与安装槽10直接连接固定，而是将阳极电极21和感应阴极部23a、阴极电极22和感应阳极部23b分别通过连接杆24连接。其中连接杆24的材质应为绝缘材质，因此本实施例中选用塑料材质的连接杆。

针对本实用新型更进一步地需要说明的是，电解过程中实际上容易出现副反应，同时由于本实施例使用的是稀盐水（3wt%），最容易出现的副反应就是在阳极生成氧气，而氧气的生成则会氧化破坏阳极的涂层，致使强化寿命降低。因此在阳极电极21表面设有高氧超纳米晶钛涂层。

电解时，由于阳极采用了高氧超纳米晶钛涂层，使得析氯电位降低至1.118；显著地降低了析氧副反应的发生率。并且将强化寿命提升至300h以上。

本实施例中，高氧超纳米晶钛涂层通过以下方法制造：

（a）、钛基板的处理，对钛基板进行喷砂、酸洗、去离子水冲洗、干燥；

（b）、将氧化石墨烯和硅烷偶联剂kh-550分散于正丁醇中制成氧化石墨烯分散液，备用；将三氯化钌、五氯化钽、氯铱酸、钛酸丁酯分散于正丁醇制成高氧超纳米阳极涂层分散液，备用；

（c）、在钛基板上涂刷氧化石墨烯分散液，在100℃下烘干；然后，涂刷高氧超纳米阳极涂层分散液，在100℃下烘干；然后，在500℃下，烧结15min；

（d）、冷却后，重复步骤（c）30次，最后一次烧结60min。

其中三氯化钌、五氯化钽、氯铱酸、钛酸丁酯的质量比以钌、钽、铱、钛的原子质量计为5:10:5:30。石墨烯形成石墨烯分散液时的用量为0.5g/l。高氧超纳米阳极涂层分散液的总金属离子浓度为0.2mol/l。

将上述涂层进行强化寿命测试，强化寿命测试是阳极在硫酸溶液中高电流密度下电解的快速寿命试验法，通过测试不同被试阳极在相同浓度、温度的硫酸溶液中，在相同的电流密度下工作的电极强化寿命试验的失效时间，比较不同电极的使用寿命。

具体操作为：

（1）以质量浓度为1mol/l的盐酸为电解液，用本实施例具有高氧超纳米晶钛涂层的钛基板为工作阳极，固定安装，并完全淹没阴阳极有效工作部位；

（2）待电解液温度上升到40±1℃后，接通电源并调节电解电流密度为200a/dm²，并在试验过程中维持其恒定，电解过程中不定期地添加一定量的蒸馏水及h2so4以维持电解液液位及浓度；

（3）每半小时记录一次电解时间、电解电流、电解槽电压值；

（4）电解槽电压开始迅速大幅度上升时停止试验；

（5）从开始实验到电解槽电压大幅度上升时所累积的电解时间称为被试电极的强化寿命试验失效时间。本次试验电极的面积为10.0cm²。

将上述涂层进行析氯电位测试，依据hg/t2471-2011之7.5测定。

结果如下：

本实用新型上述方案中，三氯化钌、五氯化钽、氯铱酸、钛酸丁酯在烧结后，都形成了金属氧化物；其中，钌和铱的金属氧化物为导电性成分，钛和钽的金属氧化物为非导电性成分；涂层中添加非导电性成分，能使导电性成分趋于稳定；该涂层能够显著地缓解钛基金属板的钝化速度。

钛酸丁酯是作为粘结剂存在的，在烧结前，使得涂层液牢固地附着在基板上，是不可避免的成分，烧结后以二氧化钛的形式存在，钛酸丁酯的量需要有控制地使用，以能形成涂膜为宜，不宜过量，同时，使得导电成分能够被牢固的附着在基板上；五氯化钽在烧结后形成的金属氧化物，能够使得该导电薄膜与钛基板牢牢粘附，不发生脱落，并且一定程度上阻碍新生态氧穿过涂层，阻碍间隙腐蚀；从而显著地延长阳极寿命。

本实用新型上述方案中，氧化石墨烯分散液形成的涂层在烧结后形成了石墨烯层，石墨烯赋予了阳极良好的导电性，从而降低了阳极的析氯电位，降低了析氧副反应的发生率，进一步提高了阳极寿命。

一般来说，阳极寿命地降低是多因素影响的。其中主要的几个原因是：1，电解液的浓度低，电解3wt%稀盐水比电解饱和食盐水更容易发生析氧副反应；2，涂层的脱落，一旦发生析氧副反应，新生态氧不仅粒子小而且活性高，会透过涂层与钛基板发生反应，致使在涂层和基板之间产生二氧化钛钝化物，久而久之形成二氧化钛钝化层，一旦二氧化钛钝化层形成，阳极就失效了，宏观上表现为涂层易脱落。因此，要提高阳极寿命，也就是需要长期地保持阳极涂层有效；一方面可以通过降低析氧副反应的发生率来改善；另一方面，也可以通过阻止新生态氧透过阳极涂层来改善。在现有技术中，是通过改善涂层中的导电成分和非导电成分的组成和比例来实施的，比如提高钌依氯盐的添加量来改善导电性和电催化活性，从而降低析氯电位；另一方面提高氯化钽的用量，来阻碍新生态氧的透过，并改善涂层的附着性，延缓间隙腐蚀。

本实用新型还利用了石墨烯的特殊性质，一方面提高了涂层的导电性，提高电催化活性，降低析氯电位，另一方面也提高了涂层的稳定性。但由于石墨烯的分散性不佳，因此本实用新型先采用了氧化石墨烯分散液，并添加有硅烷偶联剂；使得氧化石墨烯不仅分散均匀并且与钛基板牢固地结合，阻碍新生态氧与钛基板的结合，避免钛基板钝化。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。