一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统及方法技术方案

本发明专利技术公开一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统及方法；所述系统包括：第一电极；第二电极；脉冲电源；所述第一电极和第二电极分别连接所述脉冲电源的两极；所述第一电极和第二电极均为缺陷态钛电极。本发明专利技术将缺陷态钛电极和脉冲供电模式进行耦合，充分发挥两者的优势、避免两者的缺点，完成目标电化学水处理过程，并有效的解决了现有钛基体贵金属氧化物电极不可逆性失活的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统及方法
本专利技术属于电化学水处理领域，具体涉及一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统及方法。
技术介绍
电化学水处理技术是一种绿色的水处理技术，无需额外添加化学药剂，处理废水高效，设备及操作简单，反应过程温和，并且可以与其它技术灵活配合，受到越来越多科研机构与企业的关注与重视，在工程实践中也得到一定程度的应用。作为电化学水处理技术的核心，电极在实践过程中依然表现出不少问题，如：(1)目前使用的钛基体贵金属氧化物电极稳定性能不够。该种电极在使用过程中，由于表面活性元素溶解或溶蚀以及基体钝化等综合因素，导致电极的不可逆性失活。(2)钛基体贵金属氧化物电极在使用中存在重金属元素溶解，导致使用过程存在二次污染的风险。(3)钛基体贵金属氧化物电极制备过程中需要使用含多个结晶水的贵金属盐类配制刷涂液，导致成本偏高。(4)实际使用过程中阴极表面存在显著的结垢状况，一旦垢层导致阴阳两极相接，将严重影响系统安全稳定运行。因此，对现有以钛基体贵金属氧化物电极为核心的电化学水处理系统进行改进优化，成了推动该技术产业化的重点工作。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统及方法，将缺陷态钛电极和脉冲供电模式进行耦合，充分发挥两者的优势、避免两者的缺点，完成目标电化学水处理过程，并有效的解决了现有钛基体贵金属氧化物电极不可逆性失活的技术问题。为了实现上述专利技术目的，本专利技术提供以下技术方案：一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，包括：第一电极；第二电极；脉冲电源；所述第一电极和第二电极分别连接所述脉冲电源的两极；所述第一电极和第二电极均为缺陷态钛电极。本专利技术进一步的改进在于：还包括电解槽；所述第一电极和第二电极设置于电解槽中。本专利技术进一步的改进在于：所述电解槽具有进水口和出水口。本专利技术进一步的改进在于：当使用恒流供电模式时，所述脉冲电源周期性向第一电极和第二电极施加电流，施加电流的核心参数为：正向通电时的电流值i1、正向持续时间t1、负向通电时的电流值i2、负向持续时间t2；当使用恒压供电模式时，所述脉冲电源周期性向第一电极和第二电极施加电压，施加电压的核心参数为：正向通电时的电压值U1、正向持续时间t1、负向通电时的电压值U2、负向持续时间t2。本专利技术进一步的改进在于：正向持续时间t1＝负向持续时间t2。本专利技术进一步的改进在于：|i1|＝|i2|；|U1|＝|U2|。本专利技术进一步的改进在于：第一电极和第二电极的个数和面积相同。本专利技术进一步的改进在于：所述缺陷态钛电极具体为Ti4O7电极。一种具有电极自我修复功能的电化学反应方法，包括以下步骤：脉冲电源周期性向第一电极和第二电极施加脉冲电流或者脉冲电压；施加电流的核心参数为：正向通电时的电流值i1、正向持续时间t1、负向通电时的电流值i2、负向持续时间t2；施加电压的核心参数为：正向通电时的电压值U1、正向持续时间t1、负向通电时的电压值U2、负向持续时间t2；第一电极和第二电极对废水进行电化学处理；第一电极和第二电极在脉冲电源施加的脉冲电流或者脉冲电压下，周期性的交替互为阳极和阴极。本专利技术进一步的改进在于：所述电化学处理为间歇式处理或连续式处理。本专利技术进一步的改进在于：缺陷态钛电极通过粉末固化法、等离子体喷涂法或者电极原位还原法来获得。电极的具体形式及尺寸可以根据实际需求来确定。本专利技术进一步的改进在于：电源可以为具有“正向通电-反向通电”供电模式的脉冲电源单体，也可以为具有此种功能的电源组合。本专利技术进一步的改进在于：电源可以提供的电压范围为-36V～36V，电流范围为-2000～2000A，电极极性调换时间间隔为0-100h。本专利技术进一步的改进在于：本专利技术系统的核心在于所使用的电极为性质一致的缺陷态钛电极以及所使用的脉冲电源系统。电化学系统的其它部件(电解槽、管道、连接件、曝气设备等)可以根据实际需求进行搭配与调整，无须做严格限定。本专利技术进一步的改进在于：脉冲电源所提供电流的波形图，核心参数为正向通电时的电流值i1、持续时间t1、负向通电时的电流值i2、持续时间t2。上述数据的取值可以根据实际情况进行优化。本专利技术进一步的改进在于：当i1＝i2且t1＝t2时，由于极性相反的2组电极被氧化和还原的程度一致，使得电化学处理系统的稳定性最高。本专利技术进一步的改进在于：本系统可以使用的场景包括但不限于：电催化氧化处理有机物废水、电化学水垢处理技术、电气浮水处理技术等。所用处理方式不做限制，即间歇式处理和连续式处理均可使用。本专利技术进一步的改进在于：不同应用场景下，如果需要其它处理技术进行配合，可以按照实际需求来进行不同处理模块的组合。例如，在使用本系统进行电化学水垢处理时，由于电极极性交换所产生的水垢颗粒，需要采用外加的沉淀模块予以处理，即可在电化学系统的出水后续接沉淀模块加以联合处理。相对于现有技术，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，包括：第一电极；第二电极；脉冲电源；所述第一电极和第二电极分别连接所述脉冲电源的两极；所述第一电极和第二电极均为缺陷态钛电极。缺陷态钛电极在实际使用过程中可通过脉冲供电模式的配合而实现自我修复，极大提高电极的稳定性并延长了电极使用的时间。本专利技术电极不再使用类似于Ir、Ru、Ta、Pb、Sb和Sn这样的重金属元素，可以有效避免电极使用过程中产生的二次污染，并降低电极制备与使用成本。原先阴极表面产水垢的情况，可以通过电极极性互换的方式得到有效的缓解和抑制，保证电化学水处理系统的长时间安全稳定运行。附图说明构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：图1为本专利技术一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统的结构示意图；图2为本专利技术一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统所采用的脉冲供电系统波形示意图。具体实施方式以下详细说明均是示例性的说明，旨在对本专利技术提供进一步的详细说明。除非另有指明，本专利技术所采用的所有技术术语与本申请所属领域的一般技术人员的通常理解的含义相同。本专利技术所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而并非意图限制根据本专利技术的示例性实施方式。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。缺陷态钛材料是对一系列非化学计量式钛氧化物的统称，其通式为TinO2n-1(4≤n≤10)。亚氧化钛由于其高导电性和强耐腐蚀性，可以在电化学中进行应用。亚氧化钛也被认为是低成本的材料，因为其是由地球上最丰富的原料之一的TiO2制得。尽管亚氧化钛的导电性随n值的变化而变化，但是它和碳棒的导电性的是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，包括：/n第一电极；/n第二电极；/n脉冲电源；所述第一电极和第二电极分别连接所述脉冲电源的两极；/n所述第一电极和第二电极均为缺陷态钛电极。/n

【技术特征摘要】
1.一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，包括：
第一电极；
第二电极；
脉冲电源；所述第一电极和第二电极分别连接所述脉冲电源的两极；
所述第一电极和第二电极均为缺陷态钛电极。


2.根据权利要求1所述的一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，还包括电解槽；所述第一电极和第二电极设置于电解槽中。


3.根据权利要求2所述的一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，所述电解槽具有进水口和出水口。


4.根据权利要求1所述的一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，所述脉冲电源周期性向第一电极和第二电极施加电流，施加电流的核心参数为：正向通电时的电流值i1、正向持续时间t1、负向通电时的电流值i2、负向持续时间t2；
或者，所述脉冲电源周期性向第一电极和第二电极施加电压，施加电压的核心参数为：正向通电时的电压值U1、正向持续时间t1、负向通电时的电压值U2、负向持续时间t2。


5.根据权利要求4所述的一种具有电极自我修复功能的电化学反应系统，其特征在于，正向持续时间t1＝负向持续时间t2。


6.根据权利要求4所述的一...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐浩，王雪，唐卫华，郭思远，刘建毅，
申请(专利权)人：西安交通大学，天门正洁机械设备有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61