电化学氟化单极并联压滤式电解槽

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2024-05-21 09:10:22

权利要求书： 1.一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，包括槽体，所述槽体内设有相对平行的左端极板（1）及右端极板（19），所述左端极板（1）及右端极板（19）之间的电解区域设有相对平行的若干拉杆（16），所述拉杆（16）两端通过碟形弹簧（14）和紧固螺母（15）锁紧固定在左端极板（1）及右端极板（19）上；其特征在于：所述左端极板（1）及右端极板（19）之间设置若干阳极板（6）、若干阴极板（7），所述阳极板（6）与阴极板（7）交替排列，且左端极板（1）、若干阳极板（6）、若干阴极板（7）、右端极板（19）并排分布且通过拉杆（16）、紧固螺母（15）进行压滤式串接；所述左端极板（1）、右端极板（19）均焊接有接线柱（18），所述阳极板（6）上安装有阳接线柱（10），所述阴极板（7）上安装有阴接线柱（11）；所述左端极板（1）、右端极板（19）的接线柱（18）及阴极板（7）上阴接线柱（11）通过阴铜软联接（12）连接到负极总导电排（13）上，所述阳极板（6）上阳接线柱（10）通过阳铜软联接（9）连接到正极总导电排（8）上；所述左端极板（1）下侧中部位置开设有电解进液口（2），右端极板上侧靠近中部位置上开设电解气液出口（17）；所述左端极板（1）、阳极板（6）、阴极板（7）、右端极板（19）之间的电解区域设置有用于隔离阴极和阳极的聚四氟乙烯材质的隔膜（4），所述隔膜允许电解液中离子透过、且防止阴、阳极气透过以防止阴、阳极气相之间发生反应；所述左端极板（1）、若干阳极板（6）、若干阴极板（7）、右端极板（19）之间均设置有绝缘密封垫（22），所述绝缘密封垫（22）为环形。

2.根据权利要求1所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述电解气液出口分设为阳极气液出口（20）和阴极气液出口（21），所述电解进液口（2）连通至各电解小室的下部进液口，所述阳极气液出口（20）、阴极气液出口（21）分别连通至各电解小室的上部气液出口。

3.根据权利要求2所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述绝缘密封垫（22）的材质为碳纤维聚四氟乙烯复合材料或聚四氟乙烯材料。

4.根据权利要求3所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述阳极板（6）、阴极板（7）均为单性极板，左右两侧表面均设置为凹凸结构，且两侧的凹凸结构上均搭载副极催化板（5），所述阳极板（6）与副极催化板（5）之间、阴极板（7）与副极催化板（5）之间构成若干电解液通道；所述阳极板（6）、副极催化板（5）、隔膜（4）、副极催化板（5）、阴极板（7）之间紧密接触，构成电解小室。

5.根据权利要求4所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述副极催化板（5）为镍丝网或镍拉伸网；所述电解小室的极间距为1 10mm，电流密度在20 1000m

2 ~ ~

A/cm。

6.根据权利要求1所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述左端极板（1）、阳极板（6）、阴极板（7）、右端极板（19）为圆形或方形。

7.根据权利要求1所述的一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，其特征在于：所述拉杆（16）数目为4?20根，沿左端极板（1）及右端极板（19）四周均布固定。

说明书：一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽技术领域[0001] 本发明涉及一种电化学氟化电解槽，具体为一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽。背景技术[0002] 含氟化合物及其衍生物(有时也称为有机氟化物或含氟化合物)是这样一类物质，它含有在性质上属于氟代脂肪族或碳氟化合物的部分，例如该部分是非极性、疏水、疏油和化学惰性的，另外，它可能还含有在性质上属于官能团的部分，例如该部分是极性的和化学活性的。这类物质包括一些已为公众所熟悉的市售商品，例如那些能够赋予纺织品防油、防水、抗污染和抗泥土等性能的物质，例如Scoth?gard地毯保护剂。[0003] 有一种用于生产多种含氟化合物(例如全氟化的和部分氟化的有机氟化物)的方法是电化学氟化法，电化学氟化法最早由美国化学家西蒙斯发明，美国3M公司将其工业化。西蒙斯电解槽将电极堆放入圆柱形或方形槽中，由槽盖、绝缘密封垫、槽体、槽底板、阳极组件、阴极组件、蛇形冷却器、回流冷却器、给料管、下料管、电源引线板等组成，阴、阳极组件间隔绝缘交叉垂直悬放于电解槽中。氟化氢与电解质的混合物在电极堆阴、阳极发生电化学氟化反应，阴极产氢气、阳极电解质氧化生产所需产品。西蒙斯电解槽是单极性电解槽，通过接线柱将各个电极组件并联连接到低压直流电源上，电极两面的极性相同，即同时为阴极或阳极。

[0004] 西蒙斯电解槽的电极堆悬挂于电解槽槽盖上，利用聚四氟乙烯绝缘，容易出现烧垫发生短路现象，电池堆与外接线排之间的电连接浸泡于氟化氢电解液中或气相气氛中造成电堆与端盖之间的电联接产生腐蚀；西蒙斯电解槽电解过程中产生热量，热交换组件与电极堆混在电解槽中，热交换壁发生腐蚀穿腔存在电解液与冷媒互串的风险；电解槽上部设有阴极、阳极气相空间，容易出现爆响现象。发明内容[0005] 本发明的目的在于提供一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，以解决上述背景技术中提出的的问题。[0006] 为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，包括槽体，所述槽体内设有相对平行的左端极板及右端极板，所述左端极板及右端极板之间的电解区域设有相对平行的若干拉杆，所述拉杆两端通过碟形弹簧和紧固螺母锁紧固定在左端极板及右端极板上；所述左端极板及右端极板之间设置若干阳极板、若干阴极板，所述阳极板与阴极板交替排列，且左端极板、若干阳极板、若干阴极板、右端极板并排分布且通过拉杆、紧固螺母形成压滤式串接；所述左端极板、右端极板均焊接有接线柱，所述阳极板上阳接线柱，所述阴极板上阴接线柱；所述左端极板、右端极板的接线柱及阴极板上阴接线柱通过阴铜软联接连接到负极总导电排上，所述阳极板上阳接线柱通过阳铜软联接连接到正极总导电排上；所述左端极板、右端极板及每一个阴极板电性连接到负极总导电排上，每一个所述阳极板电性连接到正极总导电排上；位于左端极板下侧中部位置开设有电解进液口，位于右端极板上侧靠近中部位置上开设电解气液出口。[0007] 进一步的，所述电解气液出口分设为阳极气液出口和阴极气液出口，所述电解进液口连通至各电解小室的下部进液口，所述阳极气液出口、阴极气液出口分别连通至各电解小室的上部汽液出口。[0008] 进一步的，所述左端极板、若干阳极板、若干阴极板、右端极板之间均设置有绝缘密封垫，所述绝缘密封垫为环形。[0009] 进一步的，所述绝缘密封垫的材质为碳纤维聚四氟乙烯复合或聚四氟乙烯材料。[0010] 进一步的，所述左端极板、阳极板、阴极板、右端极板之间的电解区域设置有用于隔离阴极和阳极的隔膜，所述隔膜为聚四氟乙烯材料，允许电解液中离子透过但不允许阴、阳极气相透过。[0011] 进一步的，所述左端极板、阳极板、阴极板、右端极板之间的电解区域设置有用于隔离阴极和阳极的聚四氟乙烯网孔板；聚四氟乙烯网孔板将阴极板、副极催化板、阳极板相互压紧。[0012] 进一步的，所述阳极板、阴极板均为单性极板，左右两侧表面均设置为凹凸结构，且两侧的凹凸结构上均搭载副极催化板，所述阳极板与副极催化板之间、阴极板与副极催化板之间构成若干电解液通道；所述阳极板(6)、副极催化板、隔膜、副极催化板、阴极板之间紧密接触，构成电解小室。[0013] 进一步的，所述副极催化板为镍丝网或镍拉伸网；电解小室的极间距为1～10mm，2

电流密度在20～1000mA/cm。

[0014] 进一步的，所述左端极板、阳极板、阴极板、右端极板均为方形或圆形，所述拉杆沿左端极板及右端极板四周均布固定。[0015] 进一步的，所述拉杆数目为4?20根，沿左端极板及右端极板四周均布固定与现有技术相比，本发明的有益效果是：[0016] (1)采用将阴、阳极供电结构设在电解槽外部，避免了西蒙斯电解槽中因供电结构浸泡于氟化氢电解液中或气相气氛中从而使得电堆与端盖之间产生电联接所产生的腐蚀，同时保留了西蒙斯电解槽单极性、等电压的优点，使电极堆的阴、阳极板电位控制小于易腐蚀电位，降低极板腐蚀风险，同时精准控制阳极反应生产高品质的产品。[0017] (2)采用外部夹紧的压滤串接组装方式，具有结构紧凑、工作可靠、维修方便等优点；同时，本发明具有良好的密封性和耐腐蚀性，适合工业化生产。[0018] (3)将换热组件与电极堆分开，电解槽内不设换热部件，电解槽产生的电阻热通过外部换热器进行交换，电解槽内部的电解液与冷媒不直接接触，不存在互混危险，保证电解过程可靠进行。[0019] (4)采用阴、阳极板配置副极催化板，增加了阴、阳极板两侧的接触面，有效保证了电极和隔膜之间的零间距，提高了电解效率。附图说明[0020] 图1为本发明的主视结构示意图；[0021] 图2为图1中的局部剖视示意图；[0022] 图3为本发明实施例1～2的左视结构示意图；[0023] 图4为本发明实施例3的左视结构示意图；[0024] 其中，1、左端极板；2、电解进液口；3、极板；4、隔膜；5、副极催化板；6、阳极板；7、阴极板；8、正极总导电排；9、阳铜软联接；10、阳接线柱；11、阴接线柱；12、阴铜软联接；13、负极总导电排；14、碟形弹簧；15、紧固螺母；16、拉杆；17、电解气液出口；18、接线柱；19、右端极板；20、阳极气液出口；21、阴极气液出口；22、绝缘密封垫。具体实施方式[0025] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。[0026] 实施例1[0027] 一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，如图1所示，一种电化学氟化单极并联压滤式电解槽，包括槽体，所述槽体内设有相对平行的左端极板1及右端极板19，所述左端极板1及右端极板19之间的电解区域设有相对平行的若干拉杆16，所述拉杆16两端通过碟形弹簧14和紧固螺母15锁紧固定在左端极板1及右端极板19上；所述左端极板1及右端极板19之间设置若干阳极板6、若干阴极板7，所述阳极板6与阴极板7交替排列，且左端极板1、若干阳极板6、若干阴极板7、右端极板19并排分布且通过拉杆16、紧固螺母15构成压滤式串接进行固定；所述左端极板1、右端极板19均焊接有接线柱18，所述阳极板6上阳接线柱10，所述阴极板7上阴接线柱11；所述左端极板1、右端极板19的接线柱18及每一个阴极板7上的阴接线柱11均通过阴铜软联接12连接到负极总导电排13上，每一个所述阳极板6上阳接线柱10均通过阳铜软联接9连接到正极总导电排8上；位于左端极板1下侧中部位置开设有电解进液口2，位于右端极板上侧靠近中部位置上开设电解气液出口17。[0028] 进一步的，所述电解气液出口分设为阳极气液出口20和阴极气液出口21，所述电解进液口2连通至各电解小室的下部进液口，所述阳极气液出口20、阴极气液出口21分别连通至各电解小室的上部汽液出口。[0029] 所述左端极板1、若干阳极板6、若干阴极板7、右端极板19之间均设置有绝缘密封垫22以防止漏液，所述绝缘密封垫22为环形，材质为碳纤维聚四氟乙烯复合或聚四氟乙烯材料。[0030] 所述左端极板、阳极板、阴极板、右端极板之间设置有用于隔离阴极和阳极的隔膜，所述隔膜为聚四氟乙烯材质，允许电解液中离子透过但不允许阴、阳极气相透过以防止阴、阳极气相之间发生反应。[0031] 所述阳极板6、阴极板7均为单性极板，左右两侧表面均设置为凹凸结构，且两侧的凹凸结构上均搭载副极催化板5，所述阳极板6与副极催化板5之间、阴极板7与副极催化板5之间构成若干电解液通道；所述阳极板6、副极催化板5、隔膜4、副极催化板5、阴极板7之间2

紧密接触，构成电解小室。所述电解小室的极间距为1～10mm，电流密度在20～1000mA/cm。

[0032] 所述副极催化板5为镍丝网或镍拉伸网，能够增大电极面积，降低电解电位，是阴、阳极主反应发生的部位。[0033] 在本实施例中，所述左端极板1、阳极板6、阴极板7、右端极板19均为图3所示的圆形。[0034] 所述拉杆16数目为4?20根，沿左端极板1及右端极板19四周均布固定。[0035] 实施例2[0036] 本实施例与实施例1结构基本相同，其区别在于：当电解阴极、阳极所生成的物质相对惰性时，用聚四氟乙烯网孔板替代隔膜4将阴极板7、副极催化板5、阳极板6相互压紧且防止短路。去除隔膜4之后，电解槽中没有隔膜电阻，因而更加省电节能，同时，槽体结构更为简单、紧凑，维修方便。[0037] 实施例3[0038] 本实施例与实施例1结构基本相同，其区别在于：所述左端极板1、阳极板6、阴极板7、右端极板19均为如图4所示的方形。由于供货商提供的镍板多为方形，若加工成圆形会浪费大量的昂贵镍板，因此，直接将电解槽设置为方形，以减少对镍板的浪费。

[0039] 所述拉杆16数目为4?20根，沿左端极板1及右端极板19四周均布固定。[0040] 尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。