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超重力反应与反溶剂沉淀耦合技术及应用

浏览: | 发布日期:2022-6-3 10:39:15

超重力-电化学耦合与反应技术

超重力-电化学耦合技术是通过超重力电化学反应装置来实现。离心机改装的超重力电化学反应装置属于间歇操作的超重力电化学反应装置。由于高速旋转形成转动惯量的制约,此装置结构适用于小批量间歇操作,仅适用于实验室研究,限制了超重力-电化学耦合技术的进一步发展。为了研发适合连续操作、规模处理的超重力电化学反应装置,中北大学的刘有智等提出了“多级同心圆筒-旋转床(MCE-RB)”电化学强化机制,研制出可连续操作的、适合规模处理和工业放大的多级同心圆筒-旋转床(MCE-RB)式的超重力电化学反应装置,并将其应用于电解废水工艺中,有效减弱了电解废水时的“气泡效应”并强化了废水的电化学反应传质过程。在所研发的多级同心圆筒式超重力电化学反应装置基础上,通过将超重力分别与电催化和电Fenton技术耦合,发展出超重力-电化学-催化氧化耦合(超重力电催化)技术及装置、超重力-电化学Fenton氧化耦合(超重力电Fenton)技术及装置,形成了一系列超重力-电化学耦合(超重力电化学)技术及装置。目前,该类超重力-电化学耦合装置及技术在电解废水方面取得了一些研究成果,在提效降耗方面提现出该装置及其技术优势。该类多级同心圆筒-旋转床(MCE-RB)式的超重力电化学反应装置及其技术丰富了超重力电化学反应装置机构类型,拓展了超重力技术的应用领域,为超重力-电化学耦合技术迈向工业化发展迈出重要一步。随后杜建平等研制出离心高速旋转的超重力电沉积装置,进行了超重力场中电沉积MnO2电极材料的研究。研究表明超重力场中可快速制得性能优良的电沉积材料。

目前,主要有以上三种典型的超重力电化学反应装置,所形成的超重力-电化学耦合技术已在多个电化学反应过程中体现出超重力技术对其过程强化的技术优势,具有广阔应用前景。

离心机改装的超重力电化学反应装置是将离心机的转子部分进行改装,将电解槽(圆柱形塑料试杯)置于并固定资转子的一端,在与之对应的转子直径的另一端安放平衡物,两者处于轴对称平衡状态。转子旋转时,电解槽和平衡物围绕离心机的中心轴旋转,以此来模拟超重力场的作用,电解液一次性装入试杯中,操作结束后将电解液排除。

离心机改装的超重力电化学反应装置主要包括:离心机、强电传输系统、弱电传输系统、气体传输系统、图像采集系统、电解槽体系和电化学反应控制系统。其中,电化学反应在电解槽中进行。利用离心机转子的旋转为电化学反应过程模拟超重力场;通过调速旋钮来调节超重力场强度的大小;利用弱电系统的铜环来传输电化学信号、温度控制信号和图像信号;利用强电传输系统的功率环来传送电解槽升温所需的电力;通过气体传输系统实现电化学反应产生气体的在线收集或电解槽内气氛的控制;利用图像采集系统来监控电极表面的反应过程及界面状态。该装置可同步实现超重力场强度控制、电化学反应控制、温度控制、图像采集、气体收集和槽内气氛控制多种功能,适用于在实验室内进行超重力环境下电化学反应过程的基础研究。


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