[发明专利]利用纳米、微气泡诱导成垢物质液相成核的抑制电极表面结垢的方法

说明书

本发明属于水处理技术领域，公开了一种利用纳米、微气泡诱导成垢物质液相成核的抑制电极表面结垢的方法，该方法包括：具有连续多通道及纳米尖端覆盖表面的电极构建；产生纳米、微气泡的尺寸调控；成垢物质在液相成核的控制。通过在具有纳米尖端结构的多通道阴极上外加恒定电流电压产生纳米、微气泡，纳米、微气泡发挥双重作用，既可以作为垢的成核位点又是垢的运输载体，然后形成含有水垢颗粒的气液固混合相汇集到液相表层，并随着溶液的流动垢的混合相与溶液分离。本方法首次发现了电化学过程中气泡成核的原理，实现了电化学技术软化水过程中电极的抗结垢功能，保证电化学反应连续进行。

技术领域

本发明属于水处理技术领域，特别涉及一种利用纳米、微气泡诱导成垢物质液相成核的抑制电极表面结垢的方法。

背景技术

结垢现象在具有换热器、输送管道、冷却泵的循环水系统中非常普遍。它会堵塞管路、减低换热设备的传热效率、造成设备的腐蚀以及浪费能源。为此开发了一系列的软化水体的技术包括机械法、物理法、化学法、超声波法以及电化学方法等。电化学技术被认为是一种“绿色”的软化水体技术，因为其反应过程中不需要向水体中添加任额外的试剂，也不会产生副产物造成水体的二次污染，并且该技术不受处理环境和条件的影响，可以广泛使用于各个场合。

电化学水软化的主要原理是通过在电极上施加一定的电压，在阴极与水的界面处生成大量氢氧根离子，促使碳酸氢根离子转化成碳酸根离子，使阴极附近的碳酸钙和氢氧化镁过饱和而析出。析出分为成核和晶体生长两个部分，成核一般发生在电极表面，因此碳酸钙和氢氧化镁析出后附着在电极表面。专利申请号为202110431015.3的中国发明专利公开了一种采用电化学来软化水体并同步制备碳酸钙晶须的方法，通过阶段性的电解来达到软化水体的目的。同样，参考文献Multi-meshes coupled cathodes enhancedperformance of electrochemical water softening system也通过调控电极形式和参数优化实现了相同的目的。但是以上工作都是将水垢结在了电极表面，虽然成功的软化了水，但是沉积在电极上的水垢不导电，影响电极性能和使用寿命，增加能耗甚至完全阻断电化学反应。为了解决这一问题，多种脱垢方法已被研究，专利号为200620032114.5的中国专利公开了一种倒极运行的电化学反应器，利用倒极的方式使阴极水垢脱落；申请号为200910059929.0的中国发明专利循环水电解除垢装置及除垢方法则采用超声波进行自动除垢清洗；此外，申请号为202110581157.8的中国发明专利一种旋转电化学连续除垢装置和申请号为202110715978.6的中国发明专利一种具备除垢功能的电化学水处理设备则使用刮刀物理剔除电极表面上的水垢。

上述方法的本质都是将已经覆盖在电极表面的垢移除，都不具备自我除垢能力，在使用一段时间后阴极表面产生的水垢只能增加额外的设备进行脱垢，或者将装置停止后采用物理方法或者人工形式清理垢层。这也使得电化学技术的使用过程变得繁琐，增加了额外的处理成本，限制了电化学技术的应用。

发明内容

本发明旨在提供一种利用纳米、微气泡诱导成垢物质液相成核的抑制电极表面结垢的方法。该方法克服了以往传统的电化学技术软化水体过程中电极结垢的难题，利用多通道电极的纳米尖端结构，将阴极产生的气泡控制在纳米、微米尺寸，这些纳米、微气泡不断从电极表面释放，一方面阻止了水垢在电极表面成核，另一方面扩散到溶液的纳米、微气泡作为垢的成核点位，使成核远离了电极表面，而不是附着在电极表面。而且纳米、微气泡作为成核位点，形成的垢晶体难以长大，容易附着在气泡上上浮到水面，可通过溢流的方式从溶液中分离。这种方法首次实现了电化学技术软化水过程中电极的抗结垢功能，保证电化学反应连续进行。

一种利用纳米、微气泡诱导成垢物质液相成核的抑制电极表面结垢的方法，包括：

(1)具有连续多通道及纳米尖端覆盖表面的电极构建；

以内部具有连续通道结构的材料为基础，然后经过刻蚀、阳极氧化、模板法、喷涂或电泳方法在其表面制备出具有纳米尖端结构覆盖的电极；