公布日：2024.12.27
申请日：2024.10.18
分类号：C02F1/461(2023.01)I;C02F103/20(2006.01)N
摘要
本发明实施例公开了一种基于电极产物富集电解槽的废水电解方法及电解槽，该电解槽包括：阴极、阳极和双电层电容器电极。该废水电解方法包括：第一电解阶段，将双电层电容器电极电连接直流电源的正极，将阴极电连接所述直流电源的负极，阳极不电连接所述直流电源，其中电解时长为第一阶段时长,电解电压为第一阶段电压；第二电解阶段，将双电层电容器电极电连接直流电源的负极，将阳极电连接直流电源的正极，阴极不电连接直流电源，其中电解时长为第二阶段时长,电解电压为第二阶段电压；其中，第一电解阶段和第二电解阶段交替循环进行，直至电解运行结束为止。本发明可在无离子交换膜的情况下使阴阳电极处产生的化学物质和气体富集。
权利要求书
1.一种电极产物富集电解槽，其特征在于，包括：电解槽本体，其包括阴极区域、阳极区域和双电层电容器电极区域，其中所述阴极区域和所述阳极区域相对设于所述电解槽本体的两边内侧，所述双电层电容器电极区域设于所述阴极区域和所述阳极区域之间；阴极和阳极，所述阴极设于所述阴极区域，所述阳极设于所述阳极区域，所述阴极和所述阳极均是由导电材料所制成的电极；双电层电容器电极，其为设于所述双电层电容器电极区域的高比电容电极，其用于将所述阴极区域和所述阳极区域分隔开，其表面具有高比表面积的反应面用于储存电能，其整体具有多孔结构，允许电解液通过；其中，当所述电解槽本体内存放有电解液时，电解液可通过所述双电层电容器电极的多孔结构在所述阴极和所述阳极之间流通，所述双电层电容器电极可根据实际情况通过继电器选择电连接直流电源的正极或电连接直流电源的负极；其中，所述双电层电容器电极对应的高比表面积反应面的制作材料为惰性材料，其中所述惰性材料为在作为阳极时不会被氧化溶解的导电材料。
2.根据权利要求1所述的电极产物富集电解槽，其特征在于，所述惰性材料为碳材料、贵金属材料和一种以上化学元素制备的电化学惰性电极材料中的任意一种。
3.根据权利要求1所述的电极产物富集电解槽，其特征在于，所述双电层电容器电极的数量为一个或多个，所述双电层电容器电极的外型为平面或曲面或折叠结构，所述双电层电容器电极固定于所述电解槽本体的内部底面、顶面或固定于所述电解槽本体的中部空间。
4.一种基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，基于权利要求1-3任一项所述的电极产物富集电解槽进行电解，其包括：第一电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接直流电源的正极，将所述阴极电连接所述直流电源的负极，所述阳极不电连接所述直流电源，其中所述第一电解阶段的电解时长为第一阶段时长,所述第一电解阶段的电解电压为第一阶段电压；第二电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接所述直流电源的负极，将所述阳极电连接所述直流电源的正极，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第二电解阶段的电解时长为第二阶段时长,所述第二电解阶段的电解电压为第二阶段电压；其中，电解开始前第一电解阶段和第二电解阶段不分先后，电解开始后所述第一电解阶段和所述第二电解阶段交替循环进行，直至电解运行结束为止。
5.根据权利要求4所述的基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，将所述第二电解阶段的电解方式替换为：将所述双电层电容器电极和所述阳极之间短路电连接或接负载，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第二电解阶段的电解时长为所述第二阶段时长。
6.根据权利要求4所述的基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，将所述第一电解阶段的电解方式替换为：将所述双电层电容器电极电连接所述直流电源的负极，将所述阳极电连接所述直流电源的正极，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第一电解阶段的电解时长为所述第一阶段时长，所述第一电解阶段的电解电压为所述第一阶段电压；将所述第二电解阶段的电解方式替换为：将所述双电层电容器电极和所述阴极之间短路电连接或接负载，所述阳极不电连接所述直流电源，所述第二电解阶段的电解时长为所述第二阶段时长。
7.根据权利要求4所述的基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，若所述双电层电容器电极的数量为多个，则在所述第一电解阶段中全部的所述双电层电容器电极均电连接所述直流电源的正极，在所述第二电解阶段中全部的所述双电层电容器电极均电连接所述直流电源的负极。
8.根据权利要求4所述的基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，所述第一阶段时长和所述第二阶段时长相同或不相同。
9.根据权利要求4所述的基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其特征在于，所述第一阶段电压和所述第二阶段电压相同或不相同，电解电压为0.3-16v。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提出一种基于电极产物富集电解槽的废水电解方法及电解槽。
具体地，本发明包括以下内容：
本发明的第一方面，提供一种电极产物富集电解槽，其包括：电解槽本体，其包括阴极区域、阳极区域和双电层电容器电极区域，其中所述阴极区域和所述阳极区域相对设于所述电解槽本体的两边内侧，所述双电层电容器电极区域设于所述阴极区域和所述阳极区域之间；阴极和阳极，所述阴极设于所述阴极区域，所述阳极设于所述阳极区域，所述阴极和所述阳极均是由导电材料所制成的电极；双电层电容器电极，其为设于所述双电层电容器电极区域的高比电容电极，其用于将所述阴极区域和所述阳极区域分隔开，其表面具有高比表面积的反应面用于储存电能，其整体具有多孔结构。
可选地，所述双电层电容器电极对应的高比表面积反应面的制作材料为惰性材料，其中所述惰性材料为在作为阳极时不会被氧化溶解的导电材料。
可选地，所述惰性材料为碳材料、贵金属材料和一种以上化学元素制备的电化学惰性电极材料中的任意一种。
可选地，所述双电层电容器电极的数量为一个或多个，所述双电层电容器电极的外型为平面或曲面或折叠结构，所述双电层电容器电极固定于所述电解槽本体的内部底面、顶面或固定于所述电解槽本体的中部空间。
本发明的第二方面，提供一种基于电极产物富集电解槽的废水电解方法，其基于上述任一项所述的电极产物富集电解槽进行电解，其包括：
第一电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接直流电源的正极，将所述阴极电连接所述直流电源的负极，所述阳极不电连接所述直流电源，其中所述第一电解阶段的电解时长为第一阶段时长,所述第一电解阶段的电解电压为第一阶段电压；第二电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接所述直流电源的负极，将所述阳极电连接所述直流电源的正极，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第二电解阶段的电解时长为第二阶段时长,所述第二电解阶段的电解电压为第二阶段电压；其中，电解开始前第一电解阶段和第二电解阶段不分先后(即可以先按照所述第一电解阶段的电解方式进行电解，也可以先按照所述第二电解阶段的电解方式进行电解，以下同)，电解开始后所述第一电解阶段和所述第二电解阶段交替循环进行，直至电解运行结束为止。
可选地，基于电极产物富集电解槽的废水电解方法包括：第一电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接所述直流电源的正极，将所述阴极电连接所述直流电源的负极，所述阳极不电连接所述直流电源，其中所述第一电解阶段的电解时长为第一阶段时长,所述第一电解阶段的电解电压为第一阶段电压；第二电解阶段，将所述双电层电容器电极和所述阳极之间短路电连接或接负载，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第二电解阶段的电解时长为所述第二阶段时长；其中，电解开始前第一电解阶段和第二电解阶段不分先后，电解开始后所述第一电解阶段和所述第二电解阶段交替循环进行，直至电解运行结束为止。
可选地，基于电极产物富集电解槽的废水电解方法包括：第一电解阶段，将所述双电层电容器电极电连接所述直流电源的负极，将所述阳极电连接所述直流电源的正极，所述阴极不电连接所述直流电源，其中所述第一电解阶段的电解时长为所述第一阶段时长，所述第一电解阶段的电解电压为所述第一阶段电压；第二电解阶段，将所述双电层电容器电极和所述阴极之间短路电连接或接负载，所述阳极不电连接所述直流电源，所述第二电解阶段的电解时长为所述第二阶段时长；其中，电解开始前第一电解阶段和第二电解阶段不分先后，电解开始后所述第一电解阶段和所述第二电解阶段交替循环进行，直至电解运行结束为止。
可选地，若所述双电层电容器电极的数量为多个，则在所述第一电解阶段中全部的所述双电层电容器电极均电连接所述直流电源的正极，在所述第二电解阶段中全部的所述双电层电容器电极均电连接所述直流电源的负极。
可选地，所述第一阶段时长和所述第二阶段时长相同或不相同。
可选地，所述第一阶段电压和所述第二阶段电压相同或不相同，电解电压为0.3-16v。
本发明的有益效果包括但不限于：
本发明在第一电解阶段和第二电解阶段的电解过程中，电解槽的阴极表面发生还原反应，电解槽的阳极表面发生氧化反应，而双电层电容器电极发生双电层储能反应，具体为：1、双电层电容器电极接直流电源正极时，溶液中的阴离子会因双电层电容器电极表面积累的正电荷而吸附在其表面；2、双电层电容器电极接直流电源负极时，阳离子会因双电层电容器电极表面积累的负电荷吸附在表面。因为双电层电容器电极分隔了阴极和阳极所在的区域，由于电场和离子极性的共同作用，阴极和阳极各自所在区域的产物不会迁移至对方区域，因此本发明可使阴阳电极处产生的化学物质和气体(如氢气、氧气、氨气和氯气等)富集，且阴阳极各自的产物不会混合。
（发明人：许燕滨;许勤华）
