| 择要：引见了三维流化床电极的原理与特性。总结了三维流化床电极反响器中电流搜集板的构造设计重点。着重剖析了反响器运转的各个_T-艺参数，包罗电极资料、pH值、槽电流等对解决成果的影响。并罗列了三维流化床电极对几种没有异性质废水的解决成果。 中图分类号：X781.1 文献标识码：A 1 概述 近几年来，流态化技巧正在环境维护中的使用愈来愈遭到注重。从传统平板电极反响器改良而来的三维流化床电极反响器正在解决电镀废水中有很好的成果，尤为对一些复杂以及低浓度废水溶液解决时，更显其优胜性。 电解法解决电镀废水或金属收受接管的反响属于非均相同应。正在液固两相或气液固三相同应中，因为体正在反响器中的复杂活动行为，普通以为化学反响发作正在相界面上。传统平板电极反响器总反响速度次要由物资分散进程管制，体系的传质传热速度比拟慢。正在三维流化床反响器中，导电颗粒替代了平板电极，而且正在反响器中呈流化状态时，极年夜进步了电极比外表积以及传质速度，与一般三维固定床电极相比，流化床电极反响器中溶液的电势散布比拟平均，溶液主体具备平均的温度场 ，为电解反响提供了一个精良的反响场合。三维流化床电极的引入，具备如下几个优点： 1)液体或气体作为反响物以肯定流速经过导电颗粒构成的床层，导电颗粒呈肯定流化状态，形成三维流化床。流体以及导电颗粒的活动与频仍碰撞，使患上流体与颗粒之间的传质以及电荷通报速度年夜年夜放慢，相界面问的分散阻力明显减小，进步了溶液的湍动水平，缩小反响器运转进程中，溶液主体呈现的浓度以及电势极化景象，进步反响器解决效率与电效率。 2)三维流化床电极中应用的催化剂颗粒具备较年夜的比外表积。单元体积的导电颗粒比外表积为平板电极的数百倍。通电时，由于电化学反响是正在呈流态化的导电颗粒外表上进行，单元反响器体积的反响总量年夜年夜添加，进步反响器运转的电流密度。 3)三维流化床电极反响器构件较少，构造简略，占地空间小，建造以及拆换保护容易，并且电极资料改换以及荡涤颗粒不便。以是反响器的建造以及保护老本较低，商用前景较好。 2 三维流化床电极的构造 普通三维流化床电极通常指的是液一固流化床电极，构造比拟简略，外壳普通为圆柱形。它的组成次要包罗：1)电流搜集板(极板);2)电解质溶液;3)双极板或隔阂;4)导电颗粒。待解决电解液从三维流化床电极反响器底部延续通人，使患上反响器外部导电颗粒呈流化状态;另有另外一种方式的三维流化床电极属于触动床电极，其根本构造为一个装有导电颗粒资料的旋转仓。仓体的一半浸泡正在电解液中其实不断的旋转，导电颗粒也随之正在仓体中一直的翻腾，呈肯定流化状态。 液一固两相三维流化床电极能够依据反响或工艺需求，革新成气一液一固三相流化床。反响器底部加装多孔散布板，气体从底部经过散布板，被扩散成为小气泡进入电解液溶液;除了此以外，电流搜集板也能够作为气体散布板应用。电流搜集板加工成空心多孔构造，气体从板两头通人，由细孔进入液相外部。这样跟着电流板的加工形态没有同，流化床有没有同的气泡散布以及没有同的流化成果，并且散布板结块或细孔梗塞呈现时，清算与改换散布板不便。气体的引入，还进步了反响器外部湍动水平，添加反响传质传热速度，也缩小极板结块以及金属堆积的发作。 正在设计三维流化床电极反响器时，电流搜集板是设计的一个重点。经过丈量三维流化床电极反响器电解液中电势的散布状况。Y.Matsuna等试验发现 ，当反响器中导电颗粒处于流化状态时，溶液主体中电势散布是比拟平均的，但接近电流搜集板的溶液电势却散布没有均。这由于导电颗粒与电流搜集板之间是经过碰撞接触进行电荷通报，导电功能欠好，这局部溶液孕育发生肯定的电势差，升高了反响器运转的电效率。以是电流搜集板的构造、形态与地位作出适当的设计，能够只管即便减小这个地位所孕育发生的内电阻，进步整个反响器的功能。另有，电流搜集板与 反响器器壁的装置角度也会影响流体的活动行为以及金属正在电流搜集板上堆积与结块的快慢。另据K.Kazdobin报导 ，电流搜集板能够加工成为螺旋方式，一方面进步了电流搜集板的无效比外表积，另外一方面也进步了电流搜集板左近流体湍动水平，缩小层流分散层，无利于电荷通报。 3 三维流化床电极工艺要求 3.1 电极颗粒 三维流化床电极反响器中的导电颗粒应具备精良的导电性。纯金属颗粒普通会被用作导电颗粒来解决电镀废水或收受接管镀液中金属，如纯铜粒、纯锌粒等。这样能够使纯度比拟高的收受接管金属颗粒可以间接进行冶炼，不用进行二次别离。 然而纯金属颗粒比严重，流化成果差，金属颗粒长年夜变重后也会得到流化性，不克不及反复应用。纯金属颗粒的老本普通也会比电解收受接管失去的金属高，以是正在解决一些含多种重金属离子或非金属离子废水时，会选用一些轻质而外表强度比拟年夜的非金属导电颗粒，如收缩石墨颗粒等。这些资料密度小，较小的液体或气体流速就可以使其流化起来，放弃流化状态的工夫也长。非金属导电颗粒更可重复应用，年夜年夜升高废水解决老本。依据工艺要求，一些高比外表功能以及各类形态的金属颗粒也可被用来强化三维流化床电极反响器的传质传热速度。如雷尼镍、雷尼银等。Y.Masunari等 比照应用雷尼银(单元比外表积为25 000 cm /cm。)以及一般烧结银粒(单元比外表积为310 CH1。/cm。)正在同一气一液一固三相流化床电极反响器中。零碎的电效率相差约几十倍。 3.2 电解质溶液性子 三维流化床电极反响器对电解质溶液也有肯定的要求。起首.溶液的电解质浓度有一个好值。假如电解质浓度过低，如解决一些低浓度废水，溶液的离子强度比拟小，电荷通报速率慢，反响器的内电阻就会年夜。反响器运转的槽电压与电耗也必定高。假如退出过量电解质，如氯化钠、氢氧化钾等，零碎就可以正在肯定的槽电压的状况下，解决速度失去明显进步，电耗也减小了。然而退出电解质的量必需适当，除了了思考老本的添加，还需留意过多电解质也可能添加副反响产品的天生，糜费电能。其次，关于一些金属废水解决或金属收受接管进程，电解质溶液的pH 值巨细也需求思考。假如pH值太高，导电颗粒外表容易析出金属的氢氧化物积淀，影响解决成果或收受接管金属的纯度;假如pH值过低了。电解质溶液中氢离子的浓度增年夜，H /H 电极电位变年夜，则负反响产品氢气天生量添加，招致反响器的电效率降落。以是电解液的pH值必需调整至适宜反响需求。 3.3 电流密度及收缩率 三维流化床电极是把流化床技巧运用到传统电解槽来，以是反响器的电流密度与收缩率也会对解决成果有肯定的影响。假如反响器运转电压低，则电流密度也会低;尽管这时候电效率比拟高，然而反响器运转工夫会添加，内部电器电耗也会相应添加;假如反响器中电流偏偏年夜，会使副反响添加，则电效率缩小。 反响器中溶液的收缩率也会影响流化介质的传质传热速度。当待解决电解质溶液的浓度比拟高时，溶液的收缩率对反响进程影响没有年夜。跟着电解质浓度升高，溶液逐渐孕育发生浓差极化。电解总反响的管制步骤从化学反响进程变成物资分散进程。这时候候进步流体流速可以强化反响器内传质传热速度，进步反响器电效率，假如正在流化进程中。流体收缩率过年夜，整个反响器的导电颗粒之间碰撞接触概率升高，其无效反响面积缩小，反而会使电效率降落。 4 三维流化床电极的使用 4.1 重金属离子收受接管及提炼 三维流化床电极可以解决电镀产业中低浓度的含金属废水或用于金属收受接管，解决后溶液的金属离子品质浓度可降到1 mg/L如下。例如从氯化烃废液中去除了铜。废液进水铜离子品质浓度为1OOmg/L、氯离子5～30 g/L、pH 值为0～ 一、氯化烃O～16 g/L、悬浮固体0.5～5 g/i 。用高1.2 m，直径0.35 II1的三维流化床电极解决该废水，单程解决后铜离子的出水品质浓度可低于1 mg/L，反响器电效率能达到7O 。 关于含多种金属离子溶液，应用传统电解法解决后，收受接管的金属含杂质较多，二次工序的净化也比拟重大。流化床电极反响器能较好处理这些成绩。如采纳三维流化床电极别离铜镍溶液。无论是扭转pH值仍是增年夜槽电流，溶液中二价镍离子没有会正在铜粒外表发作电堆积。不只一次性能够将铜别离进去，溶液中镍离子不很年夜变动，并且收受接管的金属铜的纯度相称高(>99%)。 V.Jiricny等报导_6 ，行使三维流化床电极收受接管锌可以获得精良的经济效益。无论是正在较小的试验室安装仍是设计电流为175 A、24 h收受接管5 kg锌的中试安装上，收受接管每一千克锌所需求的电耗正在2 kWh如下;而应用传统硫酸法电解收受接管锌，电耗则为3kWh/kg(锌)。并且正在运转进程中，金属正在电极室壁上堆积结块少，延续运转工夫比拟长。 4.2 其它废水解决 三维流化床电极还能解决一些有毒以及副反响多的废水。如传统电解法解决含氰电镀废水。年夜量氯气正在解决进程中天生，岂但净化了四周环境，并且以及CN一离子天生有毒氯化氰，需求二次管理。三维流化床电极反响器解决含氰废水就可以无效缩小氯气的析出。当废水溶液pH值正在9～10范畴以内，反响器析出的氯化氰能放弃很低的程度，而反响器的电效率也高。张红波等报导_7]，正在相反前提下，采纳细粒石墨流态化电极电解法解决8O～90 mg/L的含氰废水，比传统平板电极电解法的除了氰速率进步约1.7倍，去除了单元品质氰的耗电量缩小约63 。 |
