TWI831853B - 用於控制電解池中氯酸鹽生成之系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種用於控制電解池中氯酸鹽生成之系統及方法。該等方法可藉由使含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸產生混雜物，來生成具有低於0.1之氯酸鹽與游離可用氯比率的含次氯酸鹽的溶液。所揭示之技術亦包括調節該含氯化物的鹽水之流動速率及該含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成含次氯酸鹽之產物溶液。

Description

用於控制電解池中氯酸鹽生成之系統及方法
本發明係關於使用連續電解流池生成含次氯酸鹽的溶液之電解方法的領域。
氯酸鹽(ClO3 - )為常見水污染物，其可對環境及人類及動物健康有害。氯酸鹽主要作為用於將水、尤其飲用水消毒之水氯化方法之非所需副產物被引入水中。除飲用水供應商之外，食品及飲料行業以及農業使用者亦採用氯化方法將水消毒。因此，此等工業亦對氯酸鹽之存在敏感。
許多監管機構(包括United States Environmental Protection Agency(US EPA))提出更嚴格的法規，其將限制可存在於飲用水中之氯酸鹽的量。目前，世界衛生組織(World Health Organization)的氯酸鹽於飲用水中之臨時指南為十億分之700，且US EPA的健康狀況參考水準為十億分之210。因此，在受影響工業中城市用水管理機構以及水管理者正開發方法以減少供水中引入之氯酸鹽。
氯化方法藉由將含次氯酸鹽的溶液引入至經處理之水中來將水消毒。通常，含次氯酸鹽的溶液包括化學物質，諸如次氯酸(HOCl)、次氯酸根(ClO- )離子、分子氯(Cl2 )及其混合物。已知此類溶液具有廣譜抗菌及抗微生物特性。
氯化之三種方法通常用於生成含次氯酸鹽的溶液。首先，可將大量次氯酸鈉(例如漂白劑)直接添加(例如稀釋)至水中。此可藉由將少量濃縮次氯酸鈉溶液投予至待處理之水中來實現。
其次，氯氣可直接擴散至待處理之水中，通常導致次氯酸及次氯酸根離子兩者之生成。第三，可藉由電解系統，諸如連續電解系統，諸如現場產生(OSG)系統或現場次氯酸鈉產生(OSHG)系統電解生成含次氯酸鹽的溶液。
含次氯酸鹽的溶液之電解生成通常涉及含氯化物(Cl- )的溶液(例如NaCl鹽水)之電解。在電解期間，Cl- 氧化為Cl2 (方程式(1))且繼續與水反應以生成次氯酸(HOCl) (方程式(2))，其可進一步轉化成經處理之水中之次氯酸根離子(取決於經處理之水之pH)：
2 Cl- → Cl2 + 2 e- 方程式(1)
Cl2 + H2 O → HOCl + HCl                   方程式(2)
然而，當將大量次氯酸鈉或經由電解生成之次氯酸鈉用於消毒水時，非所需氯酸根離子亦可經由多種化學及電化學機制生成。
當使用大量次氯酸鹽時，形成氯酸鹽之主要機制係藉由次氯酸鹽之歧化。在此方法中，根據方程式(3)將次氯酸根離子(ClO- )轉化成氯酸根離子(ClO3 - )及氯離子：
3 ClO- → ClO3 - + 2 Cl- 方程式(3)
在較低pH值下，當次氯酸根離子(ClO- )及次氯酸(HOCl)兩者均存在於溶液中時，根據方程式(4)，可在次氯酸與次氯酸根離子之間發生反應以生成氯酸根離子：
2 HOCl + ClO- → ClO3 - + 2 Cl- + 2 H+ 方程式(4)
當將電解系統用於電解包含氯離子之溶液時，多個電化學路徑使得氯酸根離子不合需要的生成。方程式(5)及(6)展示次氯酸鹽或次氯酸可如何在水存在下氧化以生成氯酸根離子，而方程式(7)展示反應路徑，從而可在水存在下將氯離子直接氧化成氯酸根離子。
6 ClO- + 3 H2 O → 3/2 O2 + 2 ClO3 - + 4 Cl- + 6 H+ + 6 e- 方程式(5)
6 HOCl + 3 H2 O → 3/2 O2 + 2 ClO3 - + 4 Cl- + 12 H+ + 6 e- 方程式(6)
Cl- + 3 H2 O → ClO3 - + 6 H+ + 6 e- 方程式(7)
與添加大量次氯酸鹽及擴散氯氣以用於使水氯化相比，連續電解系統提供多種益處。連續電解系統允許自廉價、易於獲得之含氯化物的原料(例如NaCl)「按需」生成含次氯酸鹽的溶液。因此，連續電解系統不需要運輸、儲存及處理濃縮次氯酸鈉之有害及腐蝕性溶液、諸如次氯酸鈣(Ca(OCl)2 )之氧化固體或諸如氯氣(Cl2 )之有毒氣體，從而提供顯著的環境、健康及安全益處。
現場產生系統為一種類型之連續電解系統，其允許「按需」形成含次氯酸鹽的溶液。現場產生系統藉由電解含氯化物的溶液生成含次氯酸鹽的溶液且經組態以將含次氯酸鹽的溶液投與至第二水源中以將第二水源消毒。舉例而言，現場產生系統可用於將含次氯酸鹽的溶液投予至水流(例如連續投予)中，或投予至水庫(蓄水池)中。
然而，最近的研究(Stanford等人, Chlorate, perchlorate, and bromate in on-site generated hypochlorite systems, Journal American Water Works Association, 2013, 105, 第E93-E102頁)已展示電解現場產生系統中所使用之操作條件與所生成之氯酸鹽之量之間不存在明顯相關性。因此，不管領域中之彼等方法之成果如何，持續需要開發用於產生可控制氯酸鹽含量之含次氯酸鹽的溶液之新電解方法。
為了符合所描述之持續需求，本發明提供一種降低經用連續電解系統生成的次氯酸鹽處理的水中之氯酸鹽濃度的方法。
在一個非限制性態樣中，本發明提供一種用於生成含次氯酸鹽的溶液之方法，該溶液之氯酸鹽與游離可用氯之比率小於0.1，該方法包含以下步驟：(a)提供具有至少40 mmol/L (例如，40 mmol/L至5000 mmol/L)之氯化物濃度的含氯化物的進料；及(b)在低於或等於10伏及較佳低於8伏之電解板間電壓下操作，使含氯化物的進料穿過連續電解池，以形成含次氯酸鹽的溶液。
電解板間電壓可為例如低於或等於8伏，更佳地電解板間電壓低於或等於7伏，最佳電解板間電壓低於或等於6伏。在一些實施例中，板間電壓為約3.5伏至約4伏。
在另一態樣中，本發明提供用於生成含次氯酸鹽產物溶液的方法，該溶液之氯酸鹽與游離可用氯(FAC)之比率為約0.005至約0.1，該方法包含：使含氯化物的鹽水之流動速率與含水進料流接觸以便產生混雜物，流具有流動速率，含氯化物的鹽水具有氯化物濃度，且混雜物及/或含氯化物的鹽水之氯化物濃度視情況在約200至約2500 mmol/L範圍內；使混雜物穿過連續電解池，以便產生含次氯酸鹽的產物溶液；且調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。
亦提供一種方法，其包含：將含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸以便形成混雜物，含氯化物的鹽水中具有氯化物之濃度；使混雜物穿過連續電解池以便產生含次氯酸鹽的產物溶液，該連續電解池視情況(i)在其中處於基本上恆定之板間電壓下操作，或(ii)在其中處於基本上恆定電流下操作；識別含氯化物的鹽水之流動速率之特徵，該含氯化物的鹽水產生含次氯酸鹽的產物溶液，該溶液之氯酸鹽與FAC比率為約0.005至約0.1。
亦揭示一種系統，其包含：經組態以與含氯化物的鹽水及含水進料流體連通之電解池，該電解池經組態以輸出(例如，自包含含氯化物的鹽水及含水進料之混雜物的電解)具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液，該系統經組態以調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液，該系統視情況經組態以(i)調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者(其又可影響電解之混雜物中之氯化物濃度)，以維持連續電解池內之基本上恆定之板間電壓，(ii)調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以維持連續電解池內供應之基本上恆定之電流，或(i)及(ii)。
本發明人已出人意料地發現，當根據本發明控制電解池之電壓及含氯化物的鹽水之氯化物濃度時，可獲得具有出人意料地低的氯酸鹽與游離可用氯比率的含次氯酸鹽的溶液。
相關申請案的交叉引用 本申請案主張美國專利申請案第62/750,598號，「電解方法」(2018年10月25日申請)之優先權及權益，該申請案之全部內容出於任何及所有目的併入本文中。
參照與隨附圖式及實例結合之以下實施方式可更容易地理解本發明，該等隨附圖式及實例形成本發明之一部分。應理解，本發明不限於本文中所描述及/或展示之特定裝置、方法、應用、條件或參數，且本文所使用之術語出於僅借助於實例描述特定實施例之目的且並不意欲限制所主張之技術。
此外，如包括隨附申請專利範圍之本說明書中所用，除非上下文另外清楚指示，否則單數形式「一(a/an)」及「該」包括複數，且提及特定數值包括至少彼特定值。如本文所用，術語「複數個」意謂一個以上。當表示值範圍時，另一實施例包括自一個特定值及/或至另一個特定值。類似地，當藉由在前面使用「約」將值表示為近似值時，應理解特定值形成另一實施例。所有範圍均為包含性的且可組合的，且應理解，步驟可以任何次序執行。
應瞭解，出於明晰之目的而在獨立實施例的情形中於本文描述之本發明之某些特徵亦可以組合形式提供於單一實施例中。相反，為簡潔起見而在單一實施例之上下文中所描述的本發明之各種特徵亦可單獨地或以任何子組合形式提供。出於任何及所有目的，本文中所引用之所有文獻均以全文引用之方式併入本文中。
此外，參考範圍中陳述的值包括彼範圍內的每一個值。另外，術語「包含」應理解為具有其標準、開放式含義，且亦同樣涵蓋「組成」。舉例而言，包含A部分及B部分之裝置可包括除A部分及B部分以外之部分，但亦可僅由A部分及B部分形成。
現將陳述本發明之較佳及/或視情況選用之特徵。除非上下文另外要求，否則本發明之任何態樣可與本發明之任何其他態樣組合。除非上下文另外要求，否則任何態樣之較佳及/或視情況選用之特徵中之任一者可單獨或以組合形式與本發明之任何態樣組合。
在一些態樣中，本發明係關於一種用於生成含次氯酸鹽的溶液，例如具有小於0.1之氯酸鹽與游離可用氯比率之此類溶液的方法。
術語「游離可用氯」應理解為意謂總組合濃度之次氯酸根離子(ClO- )、次氯酸(HOCl)及分子氯(Cl2 )。
游離可用氯可藉由熟習此項技術者已知之方法測定，例如藉由使用N,N-二乙基對苯二胺之分光光度測定。
為避免疑問，諸如「氯酸鹽濃度」、「次氯酸鹽濃度」及「氯化物濃度」之術語包括游離離子、鹽及共軛酸之濃度。舉例而言，術語「次氯酸鹽濃度」應理解為包括次氯酸鹽(例如NaOCl、KOCl等)、次氯酸(HOCl)及次氯酸根離子(ClO- )之鹽的濃度，且術語「氯酸鹽濃度」應理解為包括氯酸鹽(例如NaClO3 、KClO3 、Ca(ClO3 )2 等)、氯酸(HClO3 )及氯酸根離子(ClO3 - )之鹽。
如本文所用，氯酸鹽與游離可用氯(FAC)之比率係指氯酸鹽濃度(mg/L)除以游離可用氯濃度(mg/L)。
氯酸鹽濃度可藉由熟習此項技術者已知之方法測定，例如藉由離子層析分析。
本發明尤其提供一種用於電解含氯化物的進料以生成具有小於0.1之氯酸鹽與游離可用氯(FAC)比率的含次氯酸鹽的溶液的方法。
較佳地，氯酸鹽與游離可用氯的比率可小於0.075、小於0.05、小於0.025、小於0.02、小於0.015或小於0.01。
本發明包含提供具有至少40 mmol/L之氯化物濃度的含氯化物的進料之步驟。
含氯化物的進料可具有至少100 mmol/L、至少200 mmol/L、至少250 mmol/L、至少500 mmol/L、至少1000 mmol/L、至少1500 mmol/L或至少2000 mmol/L之氯化物濃度。含氯化物的進料可具有低於5000 mmol/L、低於4000 mmol/L、低於3000 mmol/L或低於2500 mmol/L之氯化物濃度。
通常，含氯化物的進料可具有100至2000 mmol/L、200至2000 mmol/L、500至2000 mmol/L、1000至2000 mmol/L或1500至2000 mmol/L範圍內之氯化物濃度。
含氯化物的進料可藉由將含氯化物的化合物溶解於水中來製備；含氯化物的進料亦可藉由將源鹽水與含水進料摻合來製備。用於製備含氯化物的進料之含氯化物的化合物不受特定限制。較佳地，用於製備含氯化物的進料之含氯化物的化合物為氯化鈉(NaCl)。熟習此項技術者將瞭解適用於生成含氯化物的溶液之替代含氯化物的化合物。
根據本發明之方法進一步包含使含氯化物的進料穿過連續電解池之步驟，其中施加小於或等於12伏之電解板間電壓。
連續電解池包含兩個或更多個藉由流體路徑分離之電極。兩個或更多個電極可獨立地為陽極及陰極。電解池可進一步包含一或多個中間電極。用於電解池之中間電極之數目不受特定限制，例如電解池可包含兩個或更多個中間電極、三個或更多個中間電極、四個或更多個中間電極或複數個中間電極。中間電極可為雙極性電極。
電解池可包含陽極及陰極。電解池可包含陽極、陰極及一或多個中間電極。
連續電解池包含形成流體路徑之一部分的入口及出口。入口及出口彼此流體連通且允許溶液(例如含氯化物的進料)連續穿過電解池。
當溶液穿過電解池之流體路徑時，其在兩個電極(例如陽極及陰極)之間通過，其中施加電解板間電壓。
如本文所用，術語「板間電壓」意謂穿過電解池內之任何兩個電極之電壓。舉例而言，在含有陽極及陰極之電解池中，板間電壓將為陽極與陰極之間的電壓。舉例而言，在含有陽極、陰極及中間電極之電解池中，板間電壓將為陽極與中間電極之間的電壓及中間電極與陰極之間的電壓。熟習此項技術者將知曉如何組態電解池以達成本發明所需之板間電壓。
電解板間電壓可小於或等於12伏、小於或等於8伏、小於或等於7伏、小於或等於6伏、小於或等於5.5伏或小於或等於5伏。
電解板間電壓可大於或等於2伏、大於或等於3伏或大於或等於4伏。
電解板間電壓可在約2至約8伏、約3至約7伏、約4至約7伏、約4.5至約6伏、約5至約6伏範圍內。
電解池形成例如連續系統之電解系統之一部分。應理解，連續系統不為分批系統。將理解，連續系統為經組態使得含氯化物的溶液進料僅一次穿過電解池之系統。
相反，分批系統應理解為包括其中在單個器皿或容器中對大量含氯化物的溶液(例如作為進料)進行電解之系統。在分批系統中，含氯化物的溶液進料可多次經受電解。舉例而言，分批系統包括單個器皿中之電解，其中在電解期間不自單一器皿移除含氯化物的溶液進料且可多次電解。分批系統亦將包括經組態使得在含氯化物的溶液進料電解之後，所得含次氯酸鹽的溶液經由電解池再循環(亦即，含次氯酸鹽的溶液可進行第二次或後續次之電解)之封閉系統。
在含氯化物的溶液進料電解之後，生成含次氯酸鹽的溶液。次氯酸鹽濃度可高於500 mg/L、高於1000 mg/L、高於2000 mg/L、高於3000 mg/L、高於5000 mg/L或高於7000 mg/L。通常，在電解池中電解含氯化物的進料持續例如30秒與600秒之間的平均電解滯留時間。在一個實施例，平均電解滯留時間可大於30秒、大於35秒、大於40秒或大於45秒。
在另一實施例下，平均電解滯留時間可小於120秒、小於110秒或小於100秒。在另一實施例下，電解池中之滯留時間可在260秒與600秒之間、250秒與590秒之間、240秒與580秒之間。
在本發明之某些實施例中，在現場產生系統中使用電解池。用於生成含次氯酸鹽的溶液之本發明之方法尤其適用且有益於現場產生系統。
在本發明之某些實施例中，電解池包含控制系統及在電解池之入口及出口上之一或多個感測器。
感測器可用以偵測(但不限於)以下中之一或多者：(i)供應至電解池之含氯化物的進料中之氯化物濃度；(ii)離開電解池之溶液之次氯酸鹽濃度；(iii)離開池之次氯酸鹽溶液之氯酸鹽濃度；(iv)含氯化物的進料或含次氯酸鹽的溶液之溫度；(v)進入池之含氯化物的進料之流動速率。感測器亦可用於偵測與進料接觸之流中之氯化物的濃度，例如添加至含水流中之鹽水中的氯化物的濃度，以構成供應至電解池的含氯化物的進料。
感測器與控制系統連通。控制系統可用於影響用於本發明之方法中之任何條件(例如施加之板間電壓、流動速率、含氯化物的溶液中之氯化物濃度等)之變化。若(例如)離開電解池之溶液之氯酸鹽濃度高於所需濃度，則在進行電解之條件下操作可為合乎需要的。
圖1展示電解系統之實施例。在此實施例中，在器皿1中製備含氯化物的溶液，諸如氯化鈉溶液且使其沿入口2穿過連續電解池3。在所得含次氯酸鹽的溶液沿出口4離開池之前，對電解池中之溶液施加電解板間電壓。隨後在器皿5中收集含次氯酸鹽的溶液。將感測器(6a及6b)置放於入口(2)及出口(4)上，感測器將數據反饋至控制系統(7)。控制系統(7)可隨後根據本發明改變條件以生成具有所需之氯酸鹽與游離可用氯(FAC)比率之含次氯酸鹽的溶液。
圖2展示現場產生系統之一實施例。在器皿1中製備含氯化物的溶液(例如，進料)且使其沿入口2穿過電解池3。在所得含次氯酸鹽的溶液沿出口4離開池之前，對電解池中之溶液施加電解板間電壓。隨後藉由投與裝置(5)將含次氯酸鹽的溶液投與至管道(6)中之二級水之連續流中。
圖3展示現場產生系統之額外實施例。此處，經由管線1將水引入系統中。在器皿2中製備飽和含氯化物的鹽水且將其沿管線3轉移以與管線1之內含物組合，以便產生隨後饋入電解系統4中之混雜物。器皿2可為貯槽或其他容器，且可經組態以在系統操作之前、期間或甚至在系統操作之後接收額外鹽及/或溶劑(例如，水)。
此圖中未展示電解系統4之特定組件，其將由熟習此項技術者理解為包含該系統，該系統包括電解池、電源供應器、各種泵及控制系統。此外，應理解，並非所有此等組件皆需要含於單一結構中以便實踐本發明。
一旦電解經稀釋之鹽水完成，電解溶液將沿著管線5離開電解系統4至器皿6，其中溶液暫時被儲存。(應理解，器皿6為視情況選用的。)當需要時，電解溶液經由管線7自器皿6出來通過此處未具體顯示之本申請案的機制傳輸至應用點。
作為參考圖3之一個非限制性實例，吾人可藉由使含水進料1與含氯化物的鹽水(或「源鹽水」)3之流接觸來形成混雜物，含氯化物的鹽水藉由元件2供應。(元件2可為例如器皿、貯槽或鹽水產生器)。含氯化物的鹽水可為例如飽和NaCl溶液，但其亦可為不飽和NaCl溶液，例如飽和濃度在約10%以內之溶液。可以手動方式維持源鹽水中之氯化物含量，但同樣亦可以自動化方式維持。
混雜物隨後穿過電解系統4，其中在混雜物上進行之電解產生含次氯酸鹽的產物溶液5。溶液5又可儲存於器皿6中且可經由管線7自儲存器皿6表現。
實例
以下實例僅為說明性的且不用以限制本發明或隨附申請專利範圍之範疇。
現將參考以下實例描述所揭示之技術，該等實例經提供以幫助理解本發明且不意欲限制其範疇。
實例 1
使用連續(未分離)電解池，用3伏與6伏之間的所施加之電解板間電壓電解在15 g/L之NaCl濃度(對應於257 mmol/L之氯化物濃度)下的含氯化物的溶液(由氯化鈉製備)。電解池包含初級陽極、初級陰極及單一中間電極。各電極具有1''×3''之電解活性面積。在此等溶液經電解之後，使用標準實驗室方法量測樣品之pH及游離可用氯含量。隨後藉由添加過量丙二酸淬滅電解溶液之一部分，且將此等經淬滅溶液隨後用於量測溶液中之氯酸鹽。表1中之結果顯示，提高用於電解含氯化物的溶液之電壓使氯酸鹽與游離可用氯的比率自0.002升高至0.028。
表 1 ：例示性結果 .
電解板間電壓 ( V ) 池電流 ( A ) 氧化劑 pH 氧化劑FAC 含量 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽含量 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率
3 1.64 8.46 500 1.1 0.002
4 4.07 8.72 1025 5.8 0.006
5 6.76 8.86 1650 27 0.016
6 9.62 8.99 2250 62 0.028
不受任何特定理論束縛，咸信在相對較高電流密度下，電流效率降低。此降低之效率又使得氯酸鹽及其他低效產物之生成相對增加。
實例 2
使用連續電解池，用6伏之電解板間電壓電解在2.5與50 g/L NaCl濃度之間(對應於43至1711 mmol/L之氯化物濃度)的氯化鈉溶液。在此實例中，電解池包含初級陽極、初級陰極及單一中間電極。各電極具有1''×3''之電解活性面積。在此等溶液經電解後，藉由分光光度測定使用N,N-二乙基對苯二胺量測樣品之游離可用氯(FAC)含量，且量測pH。隨後藉由添加過量丙二酸淬滅電解溶液之一部分，且隨後藉由離子層析法將此等經淬滅溶液用於量測溶液中之氯酸鹽。如自表2中呈現之結果可見，增加含氯化物的溶液之氯化物含量使得電解溶液中之氯酸鹽與游離可用氯的比率自0.066降低至0.005。
表 2 ：例示性結果
氯化物濃度 ( mmol / L ) 電解板間電壓 ( V ) 池電流 ( A ) 氧化劑 pH 氧化劑FAC 濃度 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽濃度 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率
43 6 1.99 8.38 275 18 0.066
86 6 3.36 8.62 575 34 0.059
171 6 5.95 8.84 1400 64 0.046
257 6 7.97 8.90 2075 63 0.030
342 6 10.07 8.96 2625 47 0.018
856 6 19.80 9.05 5650 43 0.008
1711 6 22.10 8.95 7600 35 0.005
此數據展示隨著氯化物濃度提高，氯酸鹽與游離可用氯比率降低。出人意料地，在6伏或更低之電解板間電壓下操作以及氯化物濃度大於40 mmol/L，使得能夠產生具有極低之氯酸鹽與游離可用氯比率之含次氯酸鹽的溶液。
實例 3
使用連續電解系統(除初級陽極及陰極以外，包括兩個中間板)，用5.1與12.7 A之間範圍內之施加電流用3.0與4.6 V之間範圍內之電解板間電壓在5與75 g/L NaCl濃度下電解氯化鈉溶液。在此等溶液經電解後，藉由分光光度測定使用N,N-二乙基對苯二胺量測樣品之游離可用氯(FAC)含量，且量測pH。隨後藉由添加過量丙二酸淬滅電解溶液之一部分，且隨後藉由離子層析法將此等經淬滅溶液用於量測溶液中之氯酸鹽。如自表3中呈現之結果可見，增加含氯化物的溶液之氯化物含量使得電解溶液中之氯酸鹽與游離可用氯的比率自0.069降低至0.022。
表 3 ：例示性結果 .
氯化鈉濃度 ( g / L ) 電解板間電壓 ( V ) 池電流 ( A ) 氧化劑 pH 氧化劑FAC 濃度 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽濃度 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率
5 4.6 5.1 9.01 1600 110 0.069
10 4.4 9.2 9.14 3125 190 0.061
15 4.3 11.7 9.32 4900 290 0.059
25 3.8 12.8 8.98 6650 190 0.029
40 3.4 12.8 9.06 6600 190 0.029
75 3.0 12.7 9.01 6700 150 0.022
實例 4
使用連續電解系統，用65-A之施加電流用在3.4與4.3 V之間範圍內之電解板間電壓電解NaCl濃度在15.8與31.7 g/L之間的氯化鈉溶液。在此等溶液經電解之後，藉由碘還原滴定量測樣品之游離可用氯(FAC)含量。隨後藉由添加過量氫氧化鈉來穩定且用蒸餾水稀釋電解溶液之一部分從而保持pH在11-11.5之間。隨後藉由離子層析法將此等穩定溶液用於量測溶液中之氯酸根離子。如自表4中呈現之結果可見，增加含氯化物的溶液之氯化物含量使得電解溶液中之氯酸鹽與游離可用氯的比率自0.039降低至0.005。
表 4 ：例示性結果 .
氯化鈉濃度 ( g / L ) 電解板間電壓 ( V ) 氧化劑FAC 濃度 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽濃度 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率
17.5 4.3 8270 319 0.039
15.8 4.2 8310 194 0.023
20.4 4.0 8720 106 0.012
21.7 3.8 9190 75 0.008
23.1 3.6 9160 46 0.005
31.7 3.4 9150 45 0.005
實例 5
使用類似於圖1中所示之連續電解系統，藉由以1.64 ml/min (表5)或8 ml/min (表6)之流動速率使溶液穿過電解池來電解NaCl濃度在5.8 g/L與12.9 g/L之間的氯化鈉溶液。在NaCl溶液經電解之後，所得氧化劑溶液藉由量測氧化劑FAC含量及氧化劑氯酸鹽含量來表徵。如同其他實例，含有較高初始NaCl含量之鹽水在電解時生成具有較低氯酸鹽含量之氧化劑溶液。
在以下非限制性表5及表6中，將法拉第法律(Faraday's law)用於計算每小時氯公克數=(A)(B)(C)(D)(E)，其中A=35.45公克/公克-當量；B=1公克當量/26.8安培-小時；C=隔室之數目(在此情況下，1個隔室)；D=工作安培；且E=效率。池面積為19.35 cm2 ，且流為1.64 ml/min。
表 5 ：例示性結果 .
氯化鈉濃度 ( g / L ) 電解板間電壓 ( V ) 池電流密度 ( mA / cm2 ) 氧化劑FAC 濃度 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽濃度 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率 FAC mg/hr 電流效率 (%)
5.8 3.39 200 357 231 0.65 35.13 0.69
9.3 2.63 165 453 216 0.48 44.57 1.06
12.9 2.28 115 425 116 0.27 41.82 1.42
表 6 ：例示性結果 .
氯化鈉濃度 ( g / L ) 電解板間電壓 ( V ) 池電流密度 ( mA / cm2 ) 氧化劑FAC 濃度 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽濃度 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率 電流效率 (%)
5.8 2.75 100 47 19 0.40 0.88
9.3 3.63 200 58 15 0.26 0.54
12.9 2.51 150 129 22 0.17 1.6
實例 6
使用類似於圖3中所描述之連續流電解池，具有類似鹽水總溶解固體(TDS)含量之氯化鈉鹽水在兩種不同總系統流動速率下電解。在NaCl溶液經電解之後，所得氧化劑溶液藉由量測氧化劑FAC含量及氧化劑氯酸鹽含量來表徵。
表 7 ：例示性結果 .
總系統流動速率 (gal / hr ) 鹽水 TDS ( ppt ) 池電壓 ( V ) 池電流 ( A ) 氧化劑FAC 含量 (mg /L ) 氧化劑氯酸鹽含量 ( mg / L ) 氯酸鹽與游離可用氯比率
299±2 33.4±0.3 39.1±0.3 989±7 5350±170 117±3 0.022±0.001
351±3 33.8±0.8 38.8±0.1 998±5 4920±40 69±3 0.014±0.001
實施例
以下實施例僅為例示性的且不用於限制本發明或隨附申請專利範圍之範疇。
實施例1.一種用於生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與游離可用氯(FAC)比率的含次氯酸鹽產物溶液之方法，其包含：使含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸以便產生混雜物，該流具有流動速率，含氯化物的溶液具有氯化物濃度且混雜物具有氯化物濃度，且含氯化物的鹽水之氯化物濃度及/或混雜物的氯化物濃度視情況在約200至約2500 mmol/L範圍內。使混雜物穿過連續電解池，以便產生含次氯酸鹽的產物溶液；且調節該含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。
作為實例，吾人可調節含氯化物的溶液及/或混雜物之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.005至約0.1、或約0.005至約0.08、或約0.005至約0.07、或約0.005至約0.05、或約0.005至約0.03、或約0.005至約0.003、或約0.005至約0.002、或約0.005至約0.001。
吾人可調節含氯化物的溶液及/或混雜物之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽的產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.007至約0.05、或約0.007至約0.03、或約0.007至約0.02、或甚至約0.007至約0.01。
作為實例，混雜物中之氯化物濃度可藉由例如實現鹽水中之氯化物濃度提高或降低來調節。此可藉由例如添加更多氯化物源(例如NaCl，呈純淨形式或呈濃縮物形式)實現。或者，可提高含氯化物的鹽水及/或混雜物中之溶劑與氯化物之相對量(例如，藉由添加水或其他溶劑)，以便降低混雜物中之氯化物濃度。含氯化物的溶液可包含例如NaCl及水。亦可使用除水以外之其他溶劑。
除調節含氯化物的鹽水及/或混雜物之氯化物濃度以外或替代調節該濃度，亦可調節含氯化物的鹽水(或甚至混雜物)之流的流動速率。此可藉由一般熟習此項技術者已知之閥、泵及其他元件實現。因此，吾人可調節含氯化物的鹽水之流的流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之任一者或兩者。
含氯化物的鹽水(其可稱為「源鹽水」)及/或混雜物之氯化物濃度可為例如約200至約2500 mmol/L、或約250至約2300 mmol/L、或約300至約2100 mmol/L、或約400至約1900 mmol/L、或約500至約1700 mmol/L、或約600至約1500 mmol/L、或約700至約1300 mmol/L、或約800至約1200 mmol/L、或甚至約900至約1100 mmol/L。氯化物濃度為約200至約2500 mol/L、或約250至約2300 mmol/L、或約300至約2100 mmol/L、或約400至約1900 mmol/L、或約500至約1700 mmol/L、或約600至約1500 mmol/L、或約700至約1300 mmol/L、或約800至約1200 mmol/L或甚至約900至約1100 mmol/L的混雜物均視為適合的。然而，應理解，前述濃度及範圍僅為例示性的且不為限制性的或所需的。
含氯化物的鹽水可用氯化物飽和(例如，含氯化物的鹽水可為飽和NaCl溶液)。含氯化物的鹽水亦可具有低於飽和濃度之氯化物濃度，例如約80%至約99%之飽和濃度。
含氯化物的鹽水可具有保持在飽和濃度之10%內、5%內或甚至約1%內之氯化物濃度。含氯化物的鹽水可經由例如鹽水產生器供應。例示性鹽水產生器為飽和(或接近飽和)氯化物溶液，例如NaCl之源。鹽水產生器可手動操作，但亦可以自動化方式操作。
作為實例，吾人可使含水進料(例如製程水)與含氯化物的溶液(或「源鹽水」)之流接觸。源鹽水可為飽和鹽溶液(例如，飽和NaCl溶液)，但此並非為必要條件，因為源鹽水可具有以低於飽和濃度溶解於其中之鹽。源鹽水可自鹽水產生器提供，該鹽水產生器經組態以維持(藉由手動手段或以自動化方式)源鹽水中之氯化物含量，儘管此並非為必要條件。
隨後混雜物可傳達至連續電解池，其中進行電解以便產生具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。隨後產物可在下游傳達(例如，至製程裝置)，但亦可保持(例如，於儲存槽中)直至需要。
實施例2.根據實施例1之方法，其進一步包含調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便(i)維持在連續電解池內基本上恆定之電解板間電壓，或(ii)維持在連續電解池內供應之基本上恆定的電流。作為實例，吾人可調節含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之流動速率及含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之氯化物濃度中之任一者或兩者，以便維持連續電解池內之基本上恆定之電解板間電壓。作為另一實例，可調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之任一者或兩者，以便維持連續電解池內供應之基本上恆定的電流。吾人可調節混雜物之流動速率及混雜物之氯化物濃度中之任一者或兩者，以便維持在連續電解池內供應之基本上恆定的電流。
連續電解池可在其中基本上恆定之板間電壓下操作。連續電解池可在供應至其中之基本上恆定的電流下操作。
實施例3.根據實施例1至2中任一項之方法，其進一步包含調節在連續電解池內供應之電流，以便維持在連續電解池內基本上恆定之電解板間電壓。
實施例4.根據實施例1至2中任一者之方法，其進一步包含調節連續電解池內之板間電壓，以便維持在連續電解池內供應之基本上恆定的電流。
實施例5.根據實施例1至4中任一項之方法，其中含次氯酸鹽的溶液之氯酸鹽與FAC比率小於0.075。此類例示性比率為例如小於0.075、小於0.070、小於0.065、小於0.060、小於0.055、小於0.050、小於0.045、小於0.040、小於0.035、小於0.030、小於0.025、小於0.020、小於0.015、小於0.010、小於0.009、小於0.008、小於0.007或甚至小於0.006。
實施例6.根據實施例5之方法，其中含次氯酸鹽的溶液之氯酸鹽與FAC比率小於0.025。此類例示性比率為例如0.005至0.024、0.005至0.022、0.006至0.020、0.007至0.018、0.008至0.016或甚至0.009至0.014。
實施例7.根據實施例6之方法，其中含次氯酸鹽的溶液之氯酸鹽與FAC比率小於0.010。
實施例8.根據實施例1至7中任一項之方法，其中含氯化物的鹽水、混雜物或兩者具有約250至約2500 mmol/L之氯化物濃度。
實施例9.根據實施例8之方法,其中含氯化物的鹽水、混雜物或兩者之氯化物濃度為至少500mmol/L,例如至少600mmol/L、至少700mmol/L、至少800mmol/L、至少900mmol/L、至少1000mmol/L、至少1100mmol/L、至少1200mmol/L、至少1300mmol/L、至少1400mmol/L、至少1500mmol/L、至少1600mmol/L、至少1700mmol/L、至少1800mmol/L、至少1900mmol/L、至少2000mmol/L、至少2100mmol/L、至少2200mmol/L、至少2300mmol/L或甚至至少2400mmol/L。
實施例10.根據實施例9之方法，其中含氯化物的鹽水、混雜物或兩者具有至少1000 mmol/L之氯化物濃度。
實施例11.根據實施例10之方法，其中含氯化物的鹽水、混雜物或兩者具有至少1500 mmol/L之氯化物濃度。
實施例12.根據實施例11之方法，其中含氯化物的鹽水、混雜物或兩者具有至少2000 mmol/L之氯化物濃度。
實施例13.根據實施例1至12中任一項之方法，其中含氯化物的鹽水包含氯化鈉。可使用其他含氯化物的鹽，例如氯化鉀、氯化鋰、氯化鈣及其他金屬氯化物。將氯化鈉視為尤其適合，但氯化鈉僅為例示性的且並非限制性的。
實施例14.根據實施例1至13中任一項之方法，其中連續電解池具有低於或等於約8伏、低於或等於約7伏、低於或等於約6伏、低於或等於約5.5伏或低於或等於約5伏之板間電壓。
實施例15.根據實施例1至14中任一項之方法，其中存在於含次氯酸鹽的產物溶液中之次氯酸鹽的濃度為約500 mg/L至約10,000 mg/L。存在於含次氯酸鹽的產物溶液中之次氯酸鹽的濃度為，例如約500 mg/L至約10,000 mg/L、或約600 mg/L至約9000 mg/L、或約800 mg/L至約8500 mg/L、或約900 mg/L至約8000 mg/L、或約950 mg/L至約7500 mg/L、或來自1000 mg/L至約7000 mg/L、或約1000 mg/L至約6500 mg/L、或約1500 mg/L至約6000 mg/L、或約1800 mg/L至約5800 mg/L、或約2000 mg/L至約5400 mg/L、或約2200 mg/L至約5000 mg/L、或約2500 mg/L至約4500 mg/L、或約2800 mg/L至約4200 mg/L、或約3000 mg/L至約3900 mg/L、或約3200 mg/L至約3500mg/l。前述範圍僅為例示性的，且不限制本發明。
實施例16.根據實施例1至15中任一項之方法，其中含氯化物的鹽水及混雜物中之至少一者具有在約6至約10範圍內之pH。含氯化物的鹽水(或混雜物)之pH可為約6至約10、或約6.2至約9.8、或約6.4至約9.6、或約6.6至約9.4、或6.8至約9.2、或約7至約9、或約7.2至約8.8、或約7.4至約8.6、或約7.6至約8.4、或約7.8至約8.2、或甚至約8。將約6至約8之pH視為尤其適合。
實施例17.根據實施例1至16中任一項之方法，其中混雜物在電解池中之平均滯留時間為約30至約600秒。滯留時間可為，例如約10秒至約600秒、或約15秒至約550秒、或約20秒至約500秒、或約25秒至約450秒、或約30秒至約400秒、或約40秒至約350秒、或約45秒至約300秒、或約50秒至約270秒、或約60秒至約240秒、或約80秒至約220秒、或約100秒至約200秒、或約120秒至約180秒、或約140秒至約160秒。
實施例18.根據實施例1至17中任一項之方法，其中電解池包含中間電極。電解池可包括一個、兩個、三個、四個或更多個中間電極。
實施例19.根據實施例1至18中任一項之方法，其中將電解池用於現場產生系統，例如現場次氯酸鹽產生系統。亦可將電解池用於攜帶型系統，例如攜帶型次氯酸鹽產生系統。
實施例20.根據實施例1至19中任一項之方法，其中電解池包含控制系統且在該電解池之入口或出口上包含一或多個感測器。感測器可經組態以監測含氯化物的鹽水之流之特徵，例如彼溶液之流動速率、彼溶液之氯化物濃度或兩者。感測器可經組態以監測混雜物之流之特徵，例如，彼混雜物之流動速率、彼混雜物之氯化物濃度或兩者。
感測器亦可經組態以監測含次氯酸鹽的產物溶液之特徵。此等特徵可包括(例如)彼溶液之次氯酸鹽濃度、彼溶液之FAC濃度、彼溶液之流動速率及其類似者。
實施例21.根據實施例20之方法，其中控制系統經組態以(例如)回應於藉由一或多個感測器收集之信號來調節以下中之至少一者：含氯化物的鹽水之流動速率、連續電解池內之板間電壓、連續電解池內供應之電流及含氯化物的鹽水之氯化物濃度。
控制系統亦可經組態以回應於手動或自動化輸入來調節以下中之至少一者：含氯化物的鹽水之流動速率、連續電解池內之板間電壓、連續電解池內供應之電流或含氯化物的鹽水之氯化物濃度。此類輸入可為但不必基於由一或多個感測器收集之信號。
實施例22.一種方法，其包含：使含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸以形成混雜物，含氯化物的鹽水中具有氯化物之濃度，混雜物中具有氯化物之濃度；使混雜物穿過連續電解池以便產生含次氯酸鹽的低產物溶液，連續電解池視情況(i)在其中基本上恆定之板間電壓下操作，或(ii)在其中基本上恆定電流下操作；識別含氯化物的鹽水之流之特徵，該溶液具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率的含次氯酸鹽的產物溶液。
在不限於任何特定理論、用途或應用之情況下，前述方法可用以(例如)在將系統傳遞至使用者或客戶之前組態系統。更特定言之，前述方法可用以選擇及設定用於系統之操作參數，使得系統經組態以達成產物中之所需特徵，例如所需氯酸鹽與FAC比率。
作為實例，吾人可將含氯化物的鹽水(亦稱為「源鹽水」)之流與含水進料流接觸以便產生混雜物。混雜物隨後傳達至連續電解池，其中進行電解以便產生具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。吾人可調節源鹽水之流動速率，以便獲得具有所需FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。
實施例23.根據實施例22之方法，其中含氯化物的鹽水之流的特徵為以下中之至少一者：(i)含氯化物的鹽水中之氯化物濃度，及(ii)含氯化物的鹽水之流動速率。因此，吾人可識別氯化物濃度(或甚至氯化物濃度的範圍)，其影響具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液之生成。
舉例而言，吾人可調節含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽的產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.005至約0.1、或約0.005至約0.08、或約0.005至約0.07、或約0.005至約0.05、或約0.005至約0.03、或約0.005至約0.003、或約0.005至約0.002、或約0.005至約0.001。
吾人可調節含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽的產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.007至約0.05、或約0.007至約0.03、或約0.007至約0.02、或甚至約0.007至約0.01。
實施例24.根據實施例22至23中任一項之方法，其包含識別含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之流動速率的特徵，該含氯化物的鹽水(及/或混雜物)產生具有約0.005至約0.05之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。
實施例25.根據實施例24之方法，其包含識別含氯化物的鹽水(及/或混雜物)之流動速率的特徵，該含氯化物的鹽水(及/或混雜物)產生具有約0.005至約0.03之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。
實施例26.一種系統，其包含：經組態以接收包含含氯化物的鹽水之流及含水進料的混雜物之電解池，該含氯化物的鹽水之流具有流動速率及氯化物濃度，該電解池經組態以輸出具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率的含次氯酸鹽的產物溶液，該系統經組態以調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液，該系統視情況經組態以(i)調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便維持連續電解池內之基本上恆定的板間電壓，(ii)調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便維持連續電解池內供應之基本上恆定的電流，或(i)及(ii)。
如本文中其他地方所描述，含氯化物的鹽水可自例如貯槽或鹽水產生器供應。含氯化物的鹽水可為飽和溶液，例如飽和NaCl溶液，但可使用其他含氯化物的鹽(亦即除NaCl以外)。含氯化物的鹽水亦可包括低於飽和濃度，例如飽和之約10%以內的氯化物。
如本文所描述，系統可經組態以調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之任一者或兩者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液。系統可經組態以僅調節含氯化物的鹽水之流動速率。系統亦可經組態以僅調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度。
舉例而言，吾人可調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽的產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.005至約0.1、或約0.005至約0.08、或約0.005至約0.07、或約0.005至約0.05、或約0.005至約0.03、或約0.005至約0.003、或約0.005至約0.002、或約0.005至約0.001。吾人可調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度，以便將含次氯酸鹽的產物溶液中之氯酸鹽與FAC比率維持在約0.005至約0.1、或約0.005至約0.08、或約0.005至約0.07、或約0.005至約0.05、或約0.005至約0.03、或約0.005至約0.003、或約0.005至約0.002、或約0.005至約0.001。藉由調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度(及/或流動速率)，系統可調節混雜物之氯化物濃度。
吾人可調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度，以便在含次氯酸鹽的產物溶液中將氯酸鹽與FAC比率維持在約0.007至約0.05、或約0.007至約0.03、或約0.007至約0.02、或甚至約0.007至約0.01。
實施例27.根據實施例26之系統，其進一步包含感測器列，該感測器列包含經組態以監測含次氯酸鹽的產物溶液之一或多個特徵之感測器。感測器可為例如經組態以監測產物溶液中之次氯酸鹽含量之感測器或例如經組態以監測產物溶液中之氯酸鹽含量之感測器。
實施例28.根據實施例27之系統，其中感測器列包含經組態以回應於來自感測器之信號來調節電解池之一或多個參數之模組。此類參數包括(但不限於)電流、板間電壓及滯留時間。
實施例29.根據實施例26至28中任一項之系統，其中該電解池在低於或等於約12伏之板間電壓下操作。
實施例30.根據實施例29之系統，其中該電解池在低於或等於約10伏之板間電壓下操作。
實施例31.根據實施例30之系統，其中該電解池在約2至約8伏之板間電壓下操作。
實施例32.根據實施例26至31中任一項之系統，其中含氯化物的進料具有約40 mmol/L至約5000 mmol/L之氯化物濃度。
實施例33.根據實施例26至32中任一項之系統，其中該電解池包含陽極、陰極以及視情況選用之一或多個中間電極。
實施例34.根據實施例26至33中任一項之系統，其中含次氯酸鹽的產物溶液之特徵為大於約500 mg/L，例如約500 mg/L至約10,000 mg/L之次氯酸鹽濃度。
亦應理解，系統可包括經組態以執行與系統之操作相關之一或多個操作的處理器。此可基於儲存於暫時性或非暫時性媒體上之說明書而執行。舉例而言，系統可包括處理器，其經組態以調節含氯化物的鹽水之流動速率及含氯化物的鹽水之氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率的含次氯酸鹽的產物溶液。除調節含氯化物的鹽水之氯化物濃度以外或代替含氯化物的鹽水之氯化物濃度，處理器亦可經組態以調節含氯化物的鹽水之流的流動速率。處理器可經組態以回應於由系統之組件(例如，感測器)收集之信號執行前述(或其他)步驟。
1:器皿/管線/含水進料 2:入口/器皿/元件 3:電解池/管線/含氯化物的鹽水(或「源鹽水」) 4:出口/電解系統 5:器皿/裝置/管線/溶液 6:管道/器皿 6a:感測器 6b:感測器 7:控制系統/管線
在不一定按比例繪製之附圖中，相似數字在不同視圖中可描述類似組件。具有不同字母後綴之相似數字可表示類似組件之不同例項。附圖借助於實例而非限制之方式大體說明本文獻中所論述之各種態樣。在附圖中：
圖1提供適合於進行本發明之方法之裝置的例示性實施例；
圖2提供適合於進行本發明之方法之裝置的另一例示性實施例；及
圖3提供適合於進行本發明之方法之裝置的又一例示性實施例。
1:器皿
2:入口
3:電解池
4:出口
5:器皿
6a:感測器
6b:感測器
7:控制系統

Claims (40)

  1. 一種用於生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與游離可用氯(FAC)比率之含次氯酸鹽的產物溶液的方法，其包含：使含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸，以產生混雜物，該含氯化物的鹽水之流具有流動速率，該含氯化物的鹽水之流具有氯化物濃度，該混雜物具有氯化物濃度，及該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者的氯化物濃度視情況在約200至約2500mmol/L範圍內；使該混雜物穿過連續電解池，以便產生該含次氯酸鹽的產物溶液；及調節該含氯化物的鹽水之該流動速率及該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之該含次氯酸鹽的產物溶液。
  2. 如請求項1之方法，其進一步包含調節該含氯化物的鹽水之該流動速率及該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度中之至少一者，以便(i)維持該連續電解池內基本上恆定之電解板間電壓，或(ii)維持該連續電解池內供應之基本上恆定的電流。
  3. 如請求項1至2中任一項之方法，其進一步包含調節該連續電解池內供應之電流，以便維持該連續電解池內基本上恆定之電解板間電壓。
  4. 如請求項1至2中任一項之方法，其進一步包含調節該連續電解池內之板間電壓，以便維持該連續電解池內供應之基本上恆定的電流。
  5. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該含次氯酸鹽的溶液具有低於0.075之氯酸鹽與FAC比率。
  6. 如請求項5之方法，其中該含次氯酸鹽的溶液具有低於0.025之氯酸鹽與FAC比率。
  7. 如請求項6之方法，其中該含次氯酸鹽的溶液具有低於0.010之氯酸鹽與FAC比率。
  8. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有約250至約2500mmol/L之氯化物濃度。
  9. 如請求項8之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有至少500mmol/L之氯化物濃度。
  10. 如請求項9之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有至少1000mmol/L之氯化物濃度。
  11. 如請求項10之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一 者具有至少1500mmol/L之氯化物濃度。
  12. 如請求項11之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有至少2000mmol/L之氯化物濃度。
  13. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該含氯化物的鹽水包含氯化鈉。
  14. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該連續電解池之板間電壓為低於或等於約8伏。
  15. 如請求項1至2中任一項之方法，其中存在於該含次氯酸鹽的產物溶液中之次氯酸鹽的濃度為約500mg/L至約10,000mg/L。
  16. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有在約6至約10範圍內之pH。
  17. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該混雜物在該電解池中之平均滯留時間為約30至約600秒。
  18. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該電解池包含中間電極。
  19. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該電解池用於現場產生系統。
  20. 如請求項1至2中任一項之方法，其中該電解池包含控制系統且包含在該電解池之入口或出口上之一或多個感測器。
  21. 如請求項20之方法，其中該控制系統經組態以回應於藉由該一或多個感測器收集之信號來調節以下中之至少一者：該含氯化物的鹽水之該流動速率、該連續電解池內之該板間電壓、該連續電解池內供應之該電流或該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度。
  22. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為低於或等於約7伏。
  23. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為低於或等於約6伏。
  24. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為低於或等於約5伏。
  25. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為約2至約8伏。
  26. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為約3至約7伏。
  27. 如請求項14之方法，其中該連續電解池之板間電壓為約4.5至約6 伏。
  28. 一種用於控制電解池中氯酸鹽生成之方法，其包含：使含氯化物的鹽水之流與含水進料流接觸以形成混雜物，該含氯化物的鹽水中具有氯化物之濃度，該混雜物中具有氯化物之濃度；使該混雜物穿過連續電解池，以產生含次氯酸鹽的產物溶液，該連續電解池視情況(i)在其中處於基本上恆定之板間電壓下操作，或(ii)在其中處於基本上恆定之電流下操作；及識別該含氯化物的鹽水之流動速率的特徵，該含氯化物的鹽水產生具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之該含次氯酸鹽的產物溶液。
  29. 如請求項28之方法，其中該含氯化物的鹽水之流動速率之該特徵為以下中之至少一者：(i)該含氯化物的鹽水中之氯化物的濃度，及(ii)該含氯化物的鹽水之流動速率。
  30. 如請求項28至29中任一項之方法，其包含識別該含氯化物的鹽水之流之特徵，該含氯化物的鹽水產生具有約0.005至約0.05之氯酸鹽與FAC比率之該含次氯酸鹽的產物溶液。
  31. 如請求項30之方法，其包含識別該含氯化物的鹽水之流之特徵，該含氯化物的鹽水產生具有約0.005至約0.03之氯酸鹽與FAC比率之該含次氯酸鹽的產物溶液。
  32. 一種用於控制電解池中氯酸鹽生成之系統，其包含：電解池，其經組態以接收包含含氯化物的鹽水之流及含水進料之混雜物，該含氯化物的鹽水之流中具有氯化物濃度及流動速率，該電解池經組態以輸出具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之含次氯酸鹽的產物溶液，該系統經組態以調節該含氯化物的鹽水之該流動速率及該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度中之至少一者，以便生成具有約0.005至約0.1之氯酸鹽與FAC比率之該含次氯酸鹽的產物溶液，該系統視情況經組態以(i)調節該含氯化物的鹽水之該流動速率及該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度中之至少一者，以維持連續電解池內之基本上恆定之板間電壓，(ii)調節該含氯化物的鹽水之該流動速率及該含氯化物的鹽水之該氯化物濃度中之至少一者，以維持該連續電解池內供應之基本上恆定的電流，或(i)及(ii)。
  33. 如請求項32之系統，其進一步包含感測器列，該感測器列包含經組態以監測該含次氯酸鹽的產物溶液之一或多個特徵之感測器。
  34. 如請求項33之系統，其中該感測器列包含經組態以回應於來自該感測器之信號來調節該電解池之一或多個參數的模組。
  35. 如請求項32至34中任一項之系統，其中該電解池在低於或等於約12伏之板間電壓下操作。
  36. 如請求項35之系統，其中該電解池在低於或等於約10伏之板間電壓下操作。
  37. 如請求項36之系統，其中該電解池在約2至約8伏之板間電壓下操作。
  38. 如請求項32至34中任一項之系統，其中該含氯化物的鹽水及該混雜物中之至少一者具有約40mmol/L至約5000mmol/L之氯化物濃度。
  39. 如請求項32至34中任一項之系統，其中該電解池包含陽極、陰極及視情況選用之一或多個中間電極。
  40. 如請求項32至34中任一項之系統，其中該含次氯酸鹽的產物溶液之特徵為高於約500mg/L之次氯酸鹽濃度。
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