ПОРТАТИВНЫЙ ЭЛЕКТРОЛИЗЕР ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ РАСТВОРА ГИПОХЛОРИТА НАТРИЯ

Полезная модель относится к области химической технологии, в частности к устройствам для электролиза водных растворов электролитов и может быть использована для получения обеззараживающего раствора гипохлорита натрия в условиях чрезвычайных ситуаций и отсутствии доступа к электрическим сетям и водопроводным магистралям, а также для кондиционирования и насыщения водородом питьевой воды.
Основная область применения: в процессах электрохимического бездиафрагменного получения химических продуктов путем электролиза растворов электролитов различной концентрации, а также других жидкостей с низкой удельной электропроводностью.
Технологические процессы кондиционирования, очистки и обеззараживания, а также технологии преобразования воды или разбавленных растворов электролитов в экологически чистые антимикробные, моющие, экстрагирующие и другие функционально полезные растворы, которые синтезируют непосредственно у места их применения в специальных электрохимических устройствах, основаны на эффектах метастабильности воды при электрохимическом безреагентном управлении ее физико-химическими свойствами.
Для электрохимического преобразования воды и содержащихся в ней растворенных веществ используются проточные диафрагменные модульные электрохимические реакторы - элементы ПЭМ, которые могут применяться как самостоятельные электрохимические устройства, так и в виде блоков большой производительности, называемых реакторами РПЭ.
Главными отличительными особенностями элементов ПЭМ являются сочетание в одном элементе свойств реактора идеального продольного вытеснения и реактора идеального поперечного смешения, а также возможность эффективного управления процессом электрохимической обработки воды и водных растворов солей посредством регулирования в широких пределах искусственно индуцированной ионселективной проводимости керамической оксидно-циркониевой диафрагмы, что позволяет достигать максимально высокой степени метастабильности воды или раствора при минимальных затратах электроэнергии.
Другой отличительной особенностью элементов ПЭМ являются их высокие технико-экономические показатели при работе как на пресной воде и низкоминерализованных растворах, так и на концентрированных солевых растворах.
Известны следующие технические решения:
В прикладной электрохимии используются электролизеры различных конструкций, для обработки воды, водных растворов, получения различных химических продуктов, в частности проточные электролизеры с плоскими электродами [см., например, патент США №5,427,658, С25В 9/00; С25В 15/08, 1995] или электролизеры с коаксиально расположенными цилиндрическими электродами и диафрагмой между ними [см., например, патент Японии №02274889 А, С25В 9/00, 1989].
Известна электрохимическая модульная ячейка, содержащая коаксиально размещенные цилиндрические внешний и внутренний электроды, выполненные в виде отрезков трубы, и установленную между ними коаксиально проницаемую диафрагму из керамики [см. международную заявку WO 98/58880, C02F 1/461, 1998].
Известные технические решения позволяют создавать электролизеры, способные получать требуемое количество раствора гипохлорит иона и хлорноватистой кислоты.
При использовании известной электрохимической модульной ячейки достигается эффективная обработка воды или водных растворов при низком расходе энергии. Известные устройства достаточно просты в эксплуатации, сравнительно легко объединяется в блоки, представляющие собой проточные диафрагменные электрохимические реакторы заданной производительности (мощности).
Однако известные устройства имеют существенный недостаток: они предназначены для работы в условиях доступности электрических сетей и напорного водоснабжения, в связи с чем не могут использоваться простыми пользователями (например, туристами и тд) в полевых условиях на открытых водоемах без необходимого напора воды и стационарного источника питания.
Кроме того, несмотря на простоту в эксплуатации при организации работы этих устройств все равно требуется вмешательство специалиста.
Достигаемым при использовании предлагаемой полезной модели техническим результатом является создание простой и удобной в эксплуатации конструкции электролизера, позволяющей обеспечить возможность получения обеззараживающего раствора гипохлорита натрия в небольших объемах в полевых условиях из низкоминерализованного раствора хлорида натрия, а также обеззараживание воды из открытых природных источников, за счет синтеза активных хлорсодержащих соединений из растворенных в природной воде хлоридов металлов.
Технический результат достигается тем, что портативный электролизер для получения раствора гипохлорита натрия состоит из герметично соединенных между собой автономного источника питания и электрохимического блока, автономный источник питания представляет собой блок питания в виде полого корпуса с герметичным отсеком для размещения в нем стандартных элементов питания, предназначенных для обеспечения электрическим током элементов электрохимического блока, электрохимический блок представляет собой коаксиально расположенные электроды в виде внутреннего трубчатого анода и внешнего цилиндрического катода, оба электрода - анод и катод изготовлены из высокопрочного титана, на боковой стенке катода выполнены отверстия, предназначенные для обеспечения циркуляции жидкости в межэлектродном пространстве и удаления газов, образующихся при электролизе, на поверхность анода нанесено защитно-каталитическое покрытие из оксидов драгоценных металлов, защищающее его от растворения и ускоряющее процесс синтеза активных соединений на поверхности электрода, в боковую стенку корпуса блока питания встроен индикатор работы и разряда источника питания, а в торцевой части корпуса расположена кнопка включения/отключения элементов питания.
В качестве стандартного элемента питания используют стандартные батарейки или стандартные аккумуляторные батарейки.
Корпус блока питания выполнен по меньшей мере из металла. При изготовлении корпуса могут быть использованы алюминиевые сплавы, титановые сплавы, например, ВТ 1-00, ВТ 1-0, Вт-6.
Металлический корпус может быть выполнен с анодированным покрытием или с порошковым покрытием.
Корпус блока питания выполнен по меньшей мере из полимеров или по меньшей мере из пластика. Наиболее распространенная марка для корпусных деталей: АБС пластик, поликорбонат и т.д.
Индикатор работы и разряда источника питания может быть выполнен светодиодным.
Сущность предлагаемого устройства состоит в электрохимической бездиафрагменной ячейке для обработки низкоминерализованных растворов хлоридов и карбонатов металлов, содержащей внутренний трубчатый анод, внешний цилиндрический катод с отверстиями для циркуляции электролита, питающихся портативным источником питания, герметично прикрепленным к электрохимическому блоку, способной работать в условиях, не зависящих от наличия электрической сети и источника напорного водоснабжения.
Предлагаемая полезная модель поясняется чертежами, где на фиг. 1 представлен общий вид устройства, на фиг 2 - разрез А-А.
Портативный электролизер состоит из электрохимического блока 1 и автономного источника питания, соединенных между собой герметично.
Автономный источник питания представляет собой блок питания 2, выполненный в виде полого корпуса 3 с герметичным внутренним отсеком 4, в котором размещают стандартные элементы питания 5 (на фиг. 2 показано пунктиром). Стандартные элементы питания 5 предназначены для обеспечения электрическим током элементов электрохимического блока 1. В качестве стандартных элементов питания могут использовать батарейки или аккумуляторные батарейки.
Корпус 3 блока питания 2 может быть выполнен или металлическим или из пластмассы или из полимеров. Металлический корпус может быть выполнен с анодированным или порошковым покрытием.
В боковую стенку корпуса блока питания встроен индикатор работы и разряда источника питания, который может быть выполнен светодиодным. Индикатор предназначен для наглядного контроля работы источника питания (на чертеже не показано)
В торцевой части корпуса 3 расположена кнопка 6 включения/отключения элементов питания.
Электрохимический блок 1 представляет собой коаксиально расположенные электроды, выполненные в виде внутреннего трубчатого анода 7 и внешнего цилиндрического катода 8. Оба электрода - анод 7 и катод 8 изготовлены из высокопрочного титана.
На боковой стенке катода 8 выполнены отверстия 9, предназначенные для обеспечения циркуляции жидкости в межэлектродном пространстве и удаления газов, образующихся при электролизе.
На поверхность анода 7 нанесено защитно-каталитическое покрытие из оксидов драгоценных металлов, защищающее его от растворения и ускоряющее процесс синтеза активных соединений на поверхности электрода.
Предлагаемое устройство функционирует следующим образом.
Перед использованием устройство предварительно подготавливают к работе. Для этого стандартные элементы питания 5 (это могут быть батарейки, или аккумуляторы или аналоги автономного источника питания) помещают в герметичный отсек 4 корпуса 3 блока питания 2. Водой, которую необходимо обработать, наполняют любую емкость. Кнопкой 6 включения/выключения, расположенной в торцевой части корпуса 3 блока питания 2, включают электролизер. Электрохимический блок 1 с электродами 7 и 8 опускают в воду. Периодически помешивают. Ждут 2-3 минуты. Необходимо убедиться, что из электролизера выходят мелкие пузыри. Затем электролизер вынимают из воды и насухо вытирают. Воду выливают. Устройство готово к работе.
Для получения обогащенной водородом воды все действия выполняют заново.
Для получения раствора гипохлорита натрия используют подсоленную воду.
В основе процесса работы устройства лежит электрохимическая активация.
Электрохимическая активация - это технология получения веществ в метастабильном состоянии преимущественно из воды и растворенных в ней соединений посредством электрохимического воздействия с последующим использованием полученных метастабильных веществ в различных технологических процессах вместо химически стабильных реагентов.
Как физико-химический процесс, электрохимическая активация - это совокупность осуществляемых в условиях минимального выделения тепла электрохимического и электрофизического воздействий на воду с содержащимися в ней ионами и молекулами растворенных веществ в области пространственного заряда у поверхности электрода (либо анода, либо катода) электрохимической системы при неравновесном переносе заряда через границу «электрод-электролит» электронами.
В результате электрохимической активации вода переходит в метастабильное (активированное) состояние, проявляя при этом в течение нескольких десятков часов повышенную реакционную способность в различных физико-химических процессах.
Вода, активированная у катода (католит) обладает повышенной активностью электронов, имеет ярко выраженные свойства восстановителя. Соответственно, вода, активированная у анода (анолит), характеризуется пониженной активностью электронов и проявляет свойства окислителя.
Электрохимическая активация позволяет направленно изменять состав растворенных газов, кислотно-основные и окислительно-восстановительные свойства воды в пределах больших, чем при эквивалентном (в соответствии с законами электролиза) химическом регулировании, синтезировать из воды и растворенных в ней веществ химические реагенты (окислители или восстановители) в метастабильном состоянии.
Особая стойкость конструкционных материалов, оптимальная конструкция и модульное исполнение, позволяют использовать элементы конструкции не только для электрохимической активации воды, но также для получения водорода, кислорода, хлора, диоксида хлора, гипохлорита натрия, щелочей.
При работе на концентрированных солевых растворах преимущество элементов конструкции перед диафрагменными или мембранными электролизерами состоит в возможности обеспечения конечного потребителя необходимыми продуктами (хлором, диоксидом хлора, соляной кислотой, едким натром, гипохлоритом натрия, хлорноватистой кислотой), синтезируемыми в требуемом количестве на месте применения в компактных экономичных установках с минимальными требованиями к качеству исходных растворов и при минимальных затратах труда, времени и химических реагентов.
Сущность технологии электрохимической активации: разделение воды в электрохимических реакторах на анодную и катодную фракции (анолит и католит) и последующее использование полученных фракций в различных технологических процессах.
Предлагаемое устройство:
Изменяет ОВП воды.
Синтезирует 3 типа растворов, способствующих восстановлению и сохранению нашего здоровья:
Антиоксидантная вода.
Кислый раствор.
Щелочной раствор.
Предлагаемое устройство интересно и уникально тем, что просто для применения в домашних условиях, мобильно, компактно - занимает мало места, отличается стильным внешним видом и работает на аккумуляторах (батарейках), поэтому его можно легко брать в поездки.
Особенностью элементов устройства являются обусловленные оптимальной конструкцией и рациональным выбором конструкционных материалов их высокие технико-экономические показатели при работе с пресной водой и разбавленными водными растворами.
Таким образом, предлагаемая конструкция полезной модели полностью соответствует заявленному техническому результату.