零极距非对称阴极电化学除垢性能优化与机理

作     者：魏方熙 刘倩楠 吴亚品 吴静丽 宋文清 唐沂珍 江波 

作者机构：青岛理工大学环境与市政工程学院 

出 版 物：《化工进展》 (Chemical Industry and Engineering Progress)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：0817[工学-化学工程与技术] 08[工学] 

基　　金：山东省重点研发计划重大科技创新工程项目(2020CXGC011204) 

主　　题：电化学 水软化 非对称电极 扩散 流体动力学 

摘      要：电化学除硬是一种新型的绿色工业循环冷却水阻垢技术，但是传统单腔室电解过程产生的H+、OH-无法高效分离，导致电化学除硬效率低、能耗高。对此，构建零极距、非对称式电解反应体系，单侧绝缘的非对称阴极调控H2气泡的定向运动，驱动OH-向一侧溶液扩散，而三维阳极区域内利用重力渗流作用将电解产生的H+带离反应区域，通过数学模型理论计算证明OH-和H+分别在阴极氢气泡作用下的对流传质速率和在重力渗流作用下的迁移速率都高于其电迁移速率，从而实现H+、OH-的高效分离，提升了OH-的除硬利用率。实验结果表明，当电流密度为15 mA/cm2、流速为15 mL/min时，钙硬去除率和去除速率分别高达89.2%和267.5 g(CaCO3)/(h·m2)，而能耗仅为3.27 kWh/kg CaCO3。本研究利用气泡运动和水流调控策略开发了一种高效的电化除硬装置，为电化学循环冷却水除垢反应器开发提供新思路。