一种滚动离散电极、电解槽及其用图
【技术领域】
[0001] 本发明属于电解技术领域，尤其设及一种滚动离散电极、电解槽及其用途。
【背景技术】
[0002] 水电解制氨是目前获得高纯氨气的商业技术，无论是燃料电池领域还是航空航天 领域都有用到水电解制氨技术。然而水电解制氨技术能耗较高，即电解制氨过程析氨电流 效率仍然有待提高。许多研究都在尽力提高析氨效率：一方面，采用改变电解体系，降低水 电解制氨槽电压，提高析氨电流效率，如煤浆电解制氨技术；另一方面，通过制备各种高效 析氨电极，如销银合金和铁-金刚石合金等催化电解；另外也有很多外场强化技术，如超重 力场，超声波场等，通过强化阴阳极气泡的脱离速率，实现析氨电流效率的提高。
[0003] 水电解制氨、高硫矿物电解脱硫、煤浆电解氧化和废水中COD电解降解均属于水 电解过程阳极发生的直接或间接的电化学氧化过程，只有缓解阳极的极化过程或强化电解 物质与氧化介质的高效接触，才能提高电解效率。
[0004] 现有电解技术仍存在一定的问题，如煤浆电解制氨技术，煤浆的稳定性很难保证， 在电解过程中，煤颗粒在电解质的诱导作用下，产生团聚，导致电解效率下降；高效催化电 极一般均采用贵金属或稀有金属，因此成本较高，还容易产生电极纯化现象，导致催化电极 失活；外场强化技术导致电解装置复杂，操作不方便，且在应用过程很难实现其中的效果。
[0005] 为了将溶液中S2和化2+氧化成SO42和化离子，于永等人提出了 一种滚筒电极（YUYong,LIUYouzhi,QIGuisheng.RapidRegenerationof ChelatedIronDesulfurizationSolutionUsingElectrochemicalReactor withRotatingCylindricalElectrodes,ChineseJournalofChemical Engineering, 2014, 22(2) 136-140)，在一个滚筒上通入直流电，实现硫离子在电极上的放 电过程，同时强化了电极附近的离子传质过程，然而滚筒很难实现界面区的溶液扰动或揽 拌，很难强化界面的传质和扩散，降低电极的极化作用；王文博等人研究了一种流化电极 (WenboWang,ShujunWang,Hongy曰nLiu,ZhenxinWang.Desulfuriz曰tionofg曰solineby anewmethodofelectrochemicalcatalyticoxidation.Fuel, 2007, 86:2747-2753)， 通过气体或液体将电极进行一定速率的流化，进而增加了被电解物质与电极的接触，然而 运种流化电极对边界层的扰动或传质，仍然存在一定局限，无法解决电极表面气体吸附和 破裂的问题，进而无法减低极化带来的问题；伍钦等人研究了圆筒形电化学反应器中有机 物电催化的传递特性（伍钦，伍拓埼，张震.圆筒形电化学反应器中有机物电催化的传递 特性研究，环境科学学报，2006, 26 (2) :214-219),研究表明，当有机废水的含量较低（COD 小于1600mg/L)时，可W忽略扩散对电化学过程的影响；COD和电流强度随停留时间的变 化规律均可W用指数关系表示，电流强度随停留时间变化的理论模型与实验数据之间的 误差较大；还有研究者报导了一种铁基滚筒电极（ArisMukimin,HannyVistanty,Nur Zen.OxidationoftextilewastewaterusingcylinderTi/b-Pb〇2eIectrodein electrocatalytictubereactorChemicalEngineeringJournal259(2015):430-437) 并用其降解印染废水的有害物质，如BOD,COD,TSS，N&，苯酪和&S，降解率分别达到96%， 59%，91 % ,74% ,70%和82%，可见其降解效率还有待进一步提高；CN1257749A公开了一 种填球滚筒式万能反应器，在滚筒内装有揽和球或降落球，滚筒壁上设有揽和翅或抛球斗， 滚筒用栅栏分隔成若干节，滚筒置于盛有水的外套或水槽内，该反应器尤其适用于烟气的 脱硫、消烟除尘，但是该反应器并没有应用于电解领域。
【发明内容】
[0006]本发明的目的在于提供一种滚动离散电极、电解槽及其用途，所述滚动离散电极 能够强化氧化或还原介质的传递和被电解物质在电解液中的传质，增加电极与被电解物质 的接触面积，促进电极表面的氧化还原反应和气泡破裂，减弱电解过程中的极化现象，从而 大大提高电解效率。
[0007]本发明所述滚动离散电极，是指所述电极能够滚动并且所述电极不是一个整体， 而是由多个导电颗粒构成。
[0008] 为达此目的，本发明采用W下技术方案：
[0009] 一方面，本发明提供了一种滚动离散电极，所述电极包括滚筒、导线和位于滚筒内 的导电颗粒；所述滚筒上设有孔，导线与滚筒内壁和/或导电颗粒相接触。
[0010] 本发明提供的滚动离散电极用作阳极电极进行电化学氧化时，导线一端与滚筒内 壁和/或导电颗粒相连，另一端与直流电源的正极相连，导电颗粒由于与导线接触也带上 正电荷；滚筒与动力装置相连，动力装置能够驱动滚筒沿轴转动，滚筒转动时带动其内放置 的导线和导电颗粒转动；被电解物质通过孔进入滚筒中，从而与导电颗粒和导线接触，进而 在导线和导电颗粒上发生氧化反应。导电颗粒在运动中相互摩擦碰撞，并且导电颗粒与滚 筒之间也存在相对运动，增强了被电解物质的扰动和揽拌，促进了导电颗粒表面气泡的破 裂与电解氧化过程，减弱了电解过程极化现象。
[0011] 本发明的滚动离散电极通过导电颗粒的运动强化了氧化介质的传递，通过导电颗 粒之间及导电颗粒与被电解物质之间的摩擦，强化了被电解物质的传递，尤其是矿物中的 硫元素的传递。
[0012] 作为优选的技术方案，所述滚筒内壁为导电材质。此时导线与滚筒内壁接触时更 有利于提局电解效率。
[0013]优选地，所述滚筒内壁为金属材质，优选为铁、儀、铜、铁或锡中的任一种或至少两 种的组合。
[0014]所述导电颗粒的体积之和不大于滚筒体积的一半。所述导电颗粒的体积之和可为 滚筒体积的1/10、1/9、1/8、1/5、1/4或1/3等。所述导电颗粒的体积之和每个导电颗粒所 占的体积之和。
[0015]优选地，所述导电颗粒的个数为200-5000个，如300个、400个、500个、1000个、 2000个、3000个、4000个或4500个等。所述导电颗粒的个数可W根据滚筒的长度和直径进 行调整。
[0016]所述导电颗粒的材质为铁、儀、铜、铁、铅、锡、银或其氧化物、氧化姉中的任意一种 或至少两种的混合，优选为Sn〇2(氧化锡）、Ce〇2(氧化姉）或化〇2(氧化铅）。典型但非限 制性的组合有铁与儀，铜、铁与铅，锡与铁的氧化物，儀、铜与铜的氧化物，儀的氧化物、铜的 氧化物与铁的氧化物，铅的氧化物、锡的氧化物与铁的氧化物等。
[0017] 优选地，所述导电颗粒的形状为球状和/或棒状，所述棒状为圆柱体或类圆柱体。 阳01引优选地，球状导电颗粒的直径与滚筒的直径之比为1/1000-1/10,如1/900、 1/800、1/700、1/600、1/500、1/400、1/200、1/100、1/80、1/60、1/50、1/30 或 1/20。
[0019] 优选地，棒状导电颗粒的直径与滚筒的直径之比为1/1000-1/10,如1/900、 1/800、1/700、1/600、1/500、1/400、1/200、1/100、1/80、1/60、1/50、1/30 或 1/20 ;棒状导 电颗粒的长度与滚筒的长度之比为1/1000-1/10,如1/900、1/800、1/700、1/600、1/500、 1/400、1/200、1/100、1/80、1/60、1/50、1/30 或 1/20。
[0020] 所述滚筒上孔的尺寸小于导电颗粒的尺寸，W防止电解过程中导电颗粒漏入电解 液中，不能与导线接触，降低电解效率。所述孔的数量没有严格限