一种具备除垢功能的电化学水处理设备的制作方法

本发明涉及电化学水处理

技术领域：

，具体涉及一种具备除垢功能的电化学水处理设备。

背景技术：

：水中钙、镁、碱度等结垢离子的富集和沉积会造成管道和壁面的结垢，严重时容易引发安全事故，需要进行软化处理后使用；近年来，电沉积在软化水的应用得到了广泛的关注，与传统技术相比，电沉积法兼具环境友好、反应迅速、处理效率高、适用范围广、处理成本低和能同时产氯消毒等众多优点，因此具备更大的技术优势。在电沉积软化处理时，原水通过电沉积反应器，利用直流电促进水电解，在阴极表面会产生h2和oh-。随着产生的oh-不断在阴极表面积累，阴极表面ph逐渐上升，形成碱性氛围，使得oh-与水中hco3-、ca2+和mg2+反应分别生成caco3和mg(oh)2并沉积于阴极表面，原水中的硬度与碱度离子得到去除；然而，其在实际应用过程中仍存在以下问题：电化学除垢系统的除垢速率相对较低，有效的清垢技术尚不成熟，无法保证设备良好的除垢性能。技术实现要素：针对上述问题，本发明提供一种具备除垢功能的电化学水处理设备。本发明的目的采用以下技术方案来实现：一种具备除垢功能的电化学水处理设备，包括筒体和设置于所述筒体顶部的盖体，所述盖体上开设有进水口，所述盖体的上端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出端与设置于所述筒体内的转动轴固定连接并带动转动轴转动，所述转动轴远离旋转电机的一端固定设置有延展圆板，所述延展圆板上平行地固定设置有一个阳极和至少两个阴极，所述阳极设置于所述延展圆板的圆心处，所述阴极对称设置于所述延展圆板的边缘处；所述筒体的内壁上固定有电极刮刀，所述筒体的底部开设有排污口和排水口；所述阴极为表面改性修饰的不锈钢电极。优选的，所述盖体通过可拆卸的螺栓与所述筒体的顶部连接。优选的，所述筒体的底部外周设置有减震装置，所述减震装置内设置有减震弹簧。优选的，所述阳极为锡、锑或钛的金属氧化物。优选的，所述表面改性修饰的不锈钢电极的制备方法包括以下步骤：s1、前处理用砂纸将不锈钢电极进行打磨抛光，去除表面杂质和氧化物后，再依次以碱性溶液和乙醇溶液洗涤，干燥；s2、表面改性处理以步骤s1制得的电极为工作电极，以铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将电极浸于第一电解液中，在室温条件下，以-0.9v的恒定电位进行电沉积，沉积合成时间为50-60s，得到表面金属纳米片层修饰的电极，将沉积得到的电极浸于第二电解液中，在室温条件下，采用计时电流法进行电化学氧化，恒定电压0.75v，氧化时间5min，氧化完成后以蒸馏水冲洗，干燥后制得具有铁钴复合碱性氧化物纳米片层的不锈钢电极；再在制得的电极表面覆盖一层碳纤维网，入轧机进行辊压，使界面层粘连在电极表面，制得；其中，所述第一电解液为硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的混合水溶液，其中所述硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的浓度分别为3mol/l、2mol/l、3mol/l；所述第二电解液为1mol/l的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液。优选的，所述表面改性修饰的不锈钢电极的制备方法还包括以下步骤：s3、表面修饰在质量分数10-20％的酚醛树脂预聚体的乙醇溶液中加入四硫代钨酸铵并继续搅拌溶解，得到混液a，将所述混液a涂覆在电极表面，蒸去溶剂，在保护气氛下将电极升温至500-600℃，保温10-30min后将气氛切换为硫化氢，保温30-60min，温度升至700-750℃，保温10-30min，气氛切换为保护气氛，自冷至室温；得到所述经表面改性修饰的不锈钢电极。优选的，所述混液a中所述四硫代钨酸铵的溶解比为10-20ml/g。优选的，所述碳纤维网的制备方法为：将氧化石墨烯水分散液离心处理，去除沉淀，浓缩；称取聚丙烯腈并溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，溶解比为10-20ml/g，逐渐升温至60℃并搅拌使溶解完全，得到混液b，在超声条件下，将所述混液b逐滴滴加到所述氧化石墨烯水分散液中，滴加完成后得到纺丝液，纺丝得到聚丙烯腈改性的石墨烯基碳纤维网，将所述石墨烯纤维网升温至180-200℃，保温1-2h后气氛切换为氮气气氛，以升温速率3-5℃/min加热至1000℃退火1h，得到碳化改性的石墨烯基碳纤维网。优选的，所述氧化石墨烯水分散液的浓缩浓度在5-10mg/ml，所述混液b与所述氧化石墨烯水分散液的滴加体积比为(0.5-1.5)：100。本发明的有益效果为：(1)本发明以不锈钢电极为基底，对其进行表面改性修饰作为阴极柱，促进水垢在阴极上的枝晶式生长，降低与电极间的结合力，从而降低剥离强度，增强阴极除垢性能，可以通过简单的刮刀刮扫处理脱除，具体的，本发明以不锈钢电极为基底，依次通过电沉积和电氧化在电极表面生成铁钴复合碱性氧化物纳米片层，提高电极的耐腐蚀性能，同时通过覆盖多交叉连接的碳纤维网，利用碳纤维网的网状交联点在电极表面形成的凸起尖端，提高了尖端的局部电势，促进对成硬度离子的吸附，同时基于导电网层的外层屏蔽效应，也可以加速网层上水垢的生长，使其在较短时间内吸附大量硬度离子，实现垢质枝晶式的持续生长，在刮刀与电极的相对运动中水垢脱落，实现电化学水处理装置的除垢。(2)石墨烯基碳纤维强度高、导电导热好，现有技术中多以亲水性较好的氧化石墨烯分散在水中得到的氧化石墨烯分散液为原料制备，氧化石墨烯水分散液(go-aqueousdispersion)氧含量高、纯度高、分散性好、稳定性高，且浓度范围广(0.05-10mg/ml)，而由此制得的碳纤维网亲水性较好，本发明通过在氧化石墨烯中加入聚丙烯腈树脂改性，再通过高温退火碳化，得到碳化改性的石墨烯基碳纤维网，提高纤维表面疏水性，从而提高在电极表面析出的氢气泡的停留时间，基于氢气泡的停留占位作用，使得网层上的垢层具有较低的覆盖度及较弱的结合力，同时，氢气泡对垢层还具有一定的机械剥离作用，可以很容易地将水垢带离电极表面，使得阴极具有一定的自清洁效应，大大延长了阴极的失活时间；进一步的，本发明还通过在碳网层基底上修饰钨的硫氧化物，进一步提高网层的导电性能。附图说明利用附图对本发明作进一步说明，但附图中的实施例不构成对本发明的任何限制，对于本领域的普通技术人员，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据以下附图获得其它的附图。图1是所述电化学水处理设备的结构示意图。附图标记：1-筒体；2-盖体；3-进水口；4-旋转电机；5-转动轴；6-延展圆板；7-阳极；8-阴极；9-电极刮刀；10-排污口；11-排水口；12-减震装置。具体实施方式结合以下实施例对本发明作进一步描述。本发明的实施例涉及一种具备除垢功能的电化学水处理设备，包括筒体1和设置于所述筒体顶部的盖体2，所述盖体2上开设有进水口3，所述盖体2的上端固定连接有旋转电机4，所述旋转电机4的输出端与设置于所述筒体1内的转动轴5固定连接并带动所述转动轴5转动，所述转动轴5远离旋转电机4的一端固定设置有延展圆板6，所述延展圆板6上平行地固定设置有一个阳极7和至少两个阴极8，所述阳极7设置于所述延展圆板6的圆心处，所述阴极8对称设置于所述延展圆板6的边缘处；所述筒1体的内壁上固定有电极刮刀9，所述筒体1的底部开设有排污口10和排水口11，所述筒体1的底部外周设置有减震装置12；在使用时，所述设备从进水口3引入待处理的硬水，旋转电机4通过连接的转动轴5带动延展圆板6和固定设置在所述延展圆板6上的阴极8和阳极7转动，并与固定在所述筒体1的内壁上的电极刮刀9形成相对运动，所述电极刮刀9对所述阴极8进行脱垢工作，处理完成后的水从排水口11排出，脱除的污垢则沉淀并从排污口10排出。实施例1一种具备除垢功能的电化学水处理设备，包括筒体和设置于所述筒体顶部的盖体，所述盖体通过可拆卸的螺栓与所述筒体的顶部连接所述盖体上开设有进水口，所述盖体的上端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出端与设置于所述筒体内的转动轴固定连接并带动所述转动轴转动，所述转动轴远离旋转电机的一端固定设置有延展圆板，所述延展圆板上平行地固定设置有一个阳极和至少两个阴极，所述阳极设置于所述延展圆板的圆心处，所述阴极对称设置于所述延展圆板的边缘处；所述筒体的内壁上固定有电极刮刀，所述筒体的底部开设有排污口和排水口；所述筒体的底部外周设置有减震装置，所述减震装置内设置有减震弹簧；所述阴极为不锈钢，所述阳极为尺寸稳定阳极。实施例2一种具备除垢功能的电化学水处理设备，包括筒体和设置于所述筒体顶部的盖体，所述盖体通过可拆卸的螺栓与所述筒体的顶部连接所述盖体上开设有进水口，所述盖体的上端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出端与设置于所述筒体内的转动轴固定连接并带动所述转动轴转动，所述转动轴远离旋转电机的一端固定设置有延展圆板，所述延展圆板上平行地固定设置有一个阳极和至少两个阴极，所述阳极设置于所述延展圆板的圆心处，所述阴极对称设置于所述延展圆板的边缘处；所述筒体的内壁上固定有电极刮刀，所述筒体的底部开设有排污口和排水口；所述筒体的底部外周设置有减震装置，所述减震装置内设置有减震弹簧；所述阴极为表面改性修饰的不锈钢电极，所述阳极为尺寸稳定阳极；所述表面改性修饰的不锈钢电极的制备方法包括以下步骤：s1、前处理用砂纸将不锈钢电极进行打磨抛光，去除表面杂质和氧化物后，再依次以碱性溶液和乙醇溶液洗涤，干燥；s2、表面改性处理以步骤s1制得的电极为工作电极，以铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将电极浸于第一电解液中，在室温条件下，以-0.9v的恒定电位进行电沉积，沉积合成时间为50-60s，得到表面金属纳米片层修饰的电极，将沉积得到的电极浸于第二电解液中，在室温条件下，采用计时电流法进行电化学氧化，恒定电压0.75v，氧化时间5min，氧化完成后以蒸馏水冲洗，干燥后制得具有铁钴复合碱性氧化物纳米片层的不锈钢电极；再在制得的电极表面覆盖一层碳纤维网，入轧机进行辊压，使界面层粘连在电极表面，制得所述表面改性修饰的不锈钢电极；其中，所述第一电解液为硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的混合水溶液，其中所述硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的浓度分别为4mol/l、3mol/l、4mol/l；所述第二电解液为2mol/l的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；所述碳纤维网的制备方法为：将氧化石墨烯水分散液离心处理去除沉淀，再浓缩至浓度在5-10mg/ml，称取聚丙烯腈并溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，溶解比为10-20ml/g，逐渐升温至60℃并搅拌使溶解完全，得到混液b，在超声条件下，将所述混液b逐滴滴加到所述氧化石墨烯水分散液中，滴加体积比为(0.5-1.5):100，滴加完成后纺丝液，纺丝得到聚丙烯腈改性的石墨烯基碳纤维网，将所述石墨烯纤维网升温至180-200℃，保温1-2h后气氛切换为氮气气氛，以升温速率3-5℃/min加热至1000℃退火1h，得到碳化改性的石墨烯基碳纤维网。实施例3一种具备除垢功能的电化学水处理设备，包括筒体和设置于所述筒体顶部的盖体，所述盖体通过可拆卸的螺栓与所述筒体的顶部连接所述盖体上开设有进水口，所述盖体的上端固定连接有旋转电机，所述旋转电机的输出端与设置于所述筒体内的转动轴固定连接并带动所述转动轴转动，所述转动轴远离旋转电机的一端固定设置有延展圆板，所述延展圆板上平行地固定设置有一个阳极和至少两个阴极，所述阳极设置于所述延展圆板的圆心处，所述阴极对称设置于所述延展圆板的边缘处；所述筒体的内壁上固定有电极刮刀，所述筒体的底部开设有排污口和排水口；所述筒体的底部外周设置有减震装置，所述减震装置内设置有减震弹簧；所述阴极为表面改性修饰的不锈钢电极，所述阳极为尺寸稳定阳极；所述表面改性修饰的不锈钢电极的制备方法包括以下步骤：s1、前处理用砂纸将不锈钢电极进行打磨抛光，去除表面杂质和氧化物后，再依次以碱性溶液和乙醇溶液洗涤，干燥；s2、表面改性处理以步骤s1制得的电极为工作电极，以铂电极为对电极，饱和甘汞电极为参比电极，将电极浸于第一电解液中，在室温条件下，以-0.9v的恒定电位进行电沉积，沉积合成时间为50-60s，得到表面金属纳米片层修饰的电极，将沉积得到的电极浸于第二电解液中，在室温条件下，采用计时电流法进行电化学氧化，恒定电压0.75v，氧化时间5min，氧化完成后以蒸馏水冲洗，干燥后制得具有铁钴复合碱性氧化物纳米片层的不锈钢电极；再在制得的电极表面覆盖一层碳纤维网，入轧机进行辊压，使界面层粘连在电极表面；其中，所述第一电解液为硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的混合水溶液，其中所述硝酸钴、硝酸钠和硫酸亚铁的浓度分别为4mol/l、3mol/l、4mol/l；所述第二电解液为2mol/l的氢氧化钾或氢氧化钠水溶液；所述碳纤维网的制备方法为：将氧化石墨烯水分散液离心处理去除沉淀，再浓缩至浓度在5-10mg/ml，称取聚丙烯腈并溶解在n,n-二甲基甲酰胺中，溶解比为10-20ml/g，逐渐升温至60℃并搅拌使溶解完全，得到混液b，在超声条件下，将所述混液b逐滴滴加到所述氧化石墨烯水分散液中，滴加体积比为(0.5-1.5):100，滴加完成后纺丝液，纺丝得到聚丙烯腈改性的石墨烯基碳纤维网，将所述石墨烯纤维网升温至180-200℃，保温1-2h后气氛切换为氮气气氛，以升温速率3-5℃/min加热至1000℃退火1h，得到碳化改性的石墨烯基碳纤维网；s3、表面修饰在质量分数10-20％的酚醛树脂预聚体的乙醇溶液中加入四硫代钨酸铵并继续搅拌溶解，溶解比为10-20ml/g，得到混液a，将所述混液a涂覆在电极表面，蒸去溶剂，在保护气氛下将电极升温至500-600℃，保温10-30min后将气氛切换为硫化氢，保温30-60min，温度升至700-750℃，保温10-30min，气氛切换为保护气氛，自冷至室温；得到所述表面改性修饰的不锈钢电极。实验例处理条件：硬水温度30℃，电流密度30a/m2，阴阳极表面间距7mm，沉积时间10h，阴极以高压水冲洗；冲洗条件：喷口到阴极的距离为5cm，水压5mpa，冲洗时间10s，计算水垢脱除率。实施例1实施例2实施例3tds去除速率(mg·l-1·h-1)677476tds去除率％39.845.245.5去除单位硬度能耗(kw·h·kg-1)2.171.831.67水垢脱除率％78.0290.7393.52最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对本发明保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的实质和范围。当前第1页12