Ảnh hưởng của khe điện cực và dòng điện đến khả năng tạo clo của nước biển sâu điện phân

Bởi Quản Trị | 6 Tháng Mười Hai, 2023 |

Khái quát

Máy điên phân nước biển tạo clo; Nước điện phân là chất khử trùng bền vững; có thể tuân thủ các quy định an toàn thực phẩm và thân thiện với môi trường. Một thiết kế hỗn hợp trung tâm hai yếu tố đã được áp dụng, để nghiên cứu:

Ảnh hưởng của khe hở điện cực
Và dòng điện đến hiệu suất tạo clo của nước biển sâu điện phân.

Nước biển sâu được điện phân trong một tế bào điện phân thủy tinh được trang bị cực dương và cực âm titan mạ bạch kim ở chế độ hoạt động dòng điện không đổi. Kết quả cho thấy: mật độ dòng điện; nồng độ clo và nhiệt độ chất điện phân tăng theo dòng điện. Trong khi hiệu suất điện giảm theo dòng điện và khe hở điện cực.

Khoảng cách điện cực dưới 11,7 mm và dòng điện thấp dường như là điều kiện vận hành và thiết kế tiết kiệm năng lượng hơn cho hệ thống điện phân.

1. Giới thiệu

Nước điện phân thân thiện với môi trường
Có tác dụng khử trùng rõ rệt
Và có thể tuân thủ các quy định an toàn thực phẩm. Vì hầu hết diện tích bề mặt trái đất của chúng ta được bao phủ bởi nước biển nên việc sử dụng bền vững nguồn tài nguyên này là điều hợp lý.

Nước biển điện phân, nhờ tác dụng khử trùng đáng kể; đã được sử dụng trong nhiều hệ thống chống bẩn, nuôi trồng thủy sản và chế biến hải sản. Ví dụ:

Kasai và cộng sự đã nghiên cứu tác dụng khử trùng của nước biển điện phân đối với vi khuẩn sống trong nước biển trại giống, bằng cách sử dụng hệ thống điện phân liên tục và theo mẻ.
Họ báo cáo đã giảm 2–4 log vi khuẩn sống sau khi xử lý bằng nước biển điện phân có chứa 0,5–1,0 mg/L clo trong 1 phút. Watanabe và Yoshimizu đã khử trùng các dụng cụ và thiết bị khác nhau để nuôi trồng thủy sản; và báo cáo giảm >3 log vi khuẩn sống sót sau khi được xử lý bằng nước biển điện phân có chứa 0,5–1,5 mg/L clo trong 30–120 phút.
Kasai và Yoshimizu đã nghiên cứu khử trùng nước biển từ cảng cá bằng thiết bị điện phân và tìm thấy những ứng dụng hữu ích của nó trong việc vệ sinh bể chứa cá, boong cảng và thiết bị đánh cá.
Kimura và cộng sự nuôi nhím biển trong 2 ngày bằng nước biển điện phân có chứa 0,76 mg/L clo và nhận thấy 90% vi khuẩn trong nội tạng của nhím biển đã bị loại bỏ.
Kasai và cộng sự đã sử dụng nước biển điện phân, chứa 0,2 mg/L clo để khử sạch hàu bị ô nhiễm và phát hiện ra rằng vi khuẩn Escherichia coli trong hàu đã giảm xuống dưới giới hạn phát hiện.

Mặc dù nhiều ứng dụng của nước biển điện phân đã được báo cáo trong nuôi trồng thủy sản và chế biến hải sản. Nhưng có rất ít ứng dụng được báo cáo trong ngành nông nghiệp; hoặc chế biến thực phẩm có lẽ do những lo ngại về vệ sinh.

Sinh vật phù du và vi khuẩn có rất nhiều trong nước biển và một số nước biển ven biển đã bị ô nhiễm nặng. Ngược lại, nước biển sâu (DOW) là nước biển mặn, lạnh được tìm thấy sâu dưới bề mặt đại dương của trái đất.

DOW chiếm khoảng 90% thể tích đại dương.
DOW có nhiệt độ thấp, thường từ 0°C đến 3°C
Độ mặn khoảng 35 psu.
Mặc dù nước biển bề mặt có thể bị ô nhiễm do ô nhiễm hoặc do nền văn minh. Nhưng nước biển sâu có áp suất cao; và nhiệt độ thấp vẫn không bị ô nhiễm trong hàng nghìn năm qua.

Để phát triển nước biển sâu điện phân cho các ứng dụng thực phẩm và nông nghiệp. Đặc biệt là：

Làm sạch và khử trùng sau thu hoạch các sản phẩm tươi sống ăn liền
Làm sạch nước biển bề mặt
Các sản phẩm nồng độ nước biển và nước biển sâu đã được điện phân, đồng thời tính chất cũng như độ ổn định khi bảo quản của chúng.

Một nghiên cứu khác cho thấy rằng. Sự lựa chọn tối ưu cho khoảng cách điện cực và thế năng tế bào; phụ thuộc vào mức clo mục tiêu của nước biển điện phân và khoảng cách điện cực nhỏ được ưu tiên.

Thiết kế hỗn hợp trung tâm hai yếu tố đã được áp dụng để nghiên cứu về:

Thời gian điện phân
Và điện thế tối ưu để điện phân nước biển.

Kết quả cho thấy việc lựa chọn thời gian điện phân tối ưu phụ thuộc vào:

Hàm lượng clorua trong nước biển
Và điện thế tế bào được áp dụng.

Điện thế cao dẫn đến việc tạo ra clo nhanh; nhưng hiệu suất điện giảm do nhiệt độ tăng cùng lúc. Do chế độ hoạt động dòng điện không đổi chưa từng được thực hiện trước đây nên thiết kế hỗn hợp trung tâm hai yếu tố được áp dụng để nghiên cứu sâu hơn về khoảng cách điện cực và dòng điện tối ưu để điện phân nước biển sâu trong nghiên cứu này.

2. Phương pháp

2.1. Điện phân nước biển tạo clo

Các mẫu nước biển; mỗi mẫu 1600 mL; được điện phân trong 2 giờ trong bình điện phân cốc thủy tinh 2,0 L được trang bị một cặp cực dương và cực âm dài 50 mm × rộng 25 mm. Anode và Cathode (Model SUR-303, Surchem C&S International Corp., Thành phố Đài Bắc, Đài Loan); là điện cực lưới titan được mạ 3,75 μm bạch kim, được cấp nguồn bằng Bộ chỉnh lưu (Model MC48-4D, Surchem C&S International Corp).

Các điện cực được ngâm trong nước biển ở độ sâu 60 mm bên dưới bề mặt chất lỏng. Một chế độ hoạt động hiện tại không đổi đã được áp dụng trong nghiên cứu này. Khoảng cách điện cực và dòng điện được duy trì ở mức chỉ định trong quá trình điện phân.

Các cấp độ được lựa chọn dựa trên các thử nghiệm sơ bộ. Việc khuấy bổ sung được thực hiện bằng thanh khuấy từ hình trục chính Teflon 16 × 30 mm (đường kính × chiều dài); được cung cấp bởi Máy khuấy (Model PC-101, Corning Inc., Acton, MA, USA) ở tốc độ cài đặt 1.2, xấp xỉ 200 vòng/phút. Các thông số điện phân và tính chất điện phân được theo dõi trong quá trình điện phân.

2.2. Hiệu suất điện phân

Mật độ dòng điện được tính bằng cách: chia dòng điện cho diện tích bề mặt hiệu dụng của cực dương. Hiệu suất điện, biểu thị hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống, được tính bằng cách chia tổng lượng clo tạo ra cho năng lượng điện tiêu thụ. Hiệu suất hiện tại được tính từ tỷ lệ phần trăm của tổng lượng clo được tạo ra so với lượng clo sản xuất theo lý thuyết dựa trên định luật điện phân Faraday.

3. Kết quả và thảo luận

Nước biển điện phân, do tác dụng khử trùng đáng kể và sẵn có nên đã được sử dụng trong:

Hệ thống chống bẩn
Nuôi trồng thủy sản và chế biến hải sản. Tuy nhiên, các báo cáo về thiết kế hệ thống điện phân hầu hết đều được cấp bằng sáng chế và thông tin chi tiết về cơ chế cũng như ảnh hưởng đến hiệu suất điện phân của chúng rất hạn chế.

Vì vậy, mục tiêu của nghiên cứu này là thu thập thông tin về ảnh hưởng của khe điện cực và dòng điện đến hiệu suất tạo clo của nước biển điện phân. Điều này rất quan trọng trong việc thiết kế hệ thống điện phân và lựa chọn điều kiện vận hành. (Hình 1)

Khoảng cách điện cực càng nhỏ thì các điện cực càng gần và điện thế càng cao. Tuy nhiên, do dòng điện đi qua hệ thống không thay đổi do chế độ hoạt động dòng điện không đổi được chọn cho nghiên cứu này. Nên điện thế được hệ thống điện phân điều chỉnh phù hợp và tự động để duy trì dòng điện không đổi. Do đó, mật độ dòng điện không bị ảnh hưởng bởi khe hở điện cực trong nghiên cứu này.

Như được hiển thị trong Hình 2; nồng độ clo bị ảnh hưởng đáng kể bởi dòng điện. Nhưng không phải do khe hở điện cực do chế độ hoạt động dòng điện không đổi được chọn cho nghiên cứu này.

Lượng clo sinh ra phụ thuộc vào lượng dòng điện đi qua các điện cực. Do đó, dòng điện cao tạo ra nồng độ clo cao; nhưng nồng độ clo không bị ảnh hưởng bởi khe hở điện cực trong nghiên cứu này.

Như được hiển thị trong Hình 3. Nhiệt độ chất điện phân tăng theo dòng điện và khe hở điện cực theo phương trình bậc hai. Nhiệt độ chất điện phân tăng lên trong quá trình điện phân. Do sự chuyển đổi liên tục năng lượng điện thành nhiệt và tản nhiệt ở các điện cực. Nghiên cứu này cho thấy, dòng điện đi qua các điện cực càng cao thì:

Quá trình tạo clo càng nhanh
Và nhiệt độ chất điện phân càng cao. Nhiệt độ cao làm tăng tốc độ bay hơi clo.

Như được hiển thị trong Hình 4. Tương tự như nhiệt độ chất điện phân; dòng điện và khe hở điện cực ảnh hưởng đến hiệu suất điện của hệ thống ở dạng bậc hai.

Tác động tổng thể của việc tăng dòng điện và khe hở điện cực là làm giảm đáng kể hiệu quả sử dụng năng lượng của hệ thống. Như được giải thích trong (Hình 1); việc tăng khe hở điện cực làm tăng điện thế của hệ thống điện phân chạy ở chế độ dòng điện không đổi.

Nghiên cứu trước đây cũng cho thấy rằng; việc tăng điện thế làm giảm hiệu suất điện của hệ thống điện phân. Do đó, tác động kết hợp của việc tăng dòng điện và khe hở điện cực dẫn đến hiệu suất điện của hệ thống giảm mạnh (Hình 4). So với chế độ hoạt động có điện thế không đổi, chế độ hoạt động bằng dòng điện không đổi có ưu điểm là:

Kiểm soát chính xác hơn mật độ dòng điện (Hình 1)
Và nồng độ clo (Hình 2), không bị ảnh hưởng bằng khe hở điện cực.
Tuy nhiên, hiệu suất điện (Hình 4) có thể giảm, 17–29 so với 0–47 mg-Cl2/kJ. Do cần nhiều điện hơn để duy trì dòng điện trong hệ thống.

Hiệu suất hiện tại của hệ thống giảm trong khoảng 68–75% với mức trung bình là 71%.

Như được hiển thị trong Hình 5; dòng điện và khe hở điện cực ảnh hưởng đến hiệu suất dòng điện của hệ thống ở dạng yên. Có hiệu suất dòng điện tối thiểu ở khoảng 3,75 A dòng điện trong mỗi khe điện cực; và hiệu suất dòng điện tối đa ở khoảng 11,8 mm khe hở điện cực trong mỗi dòng điện trong phạm vi được thử nghiệm. Tác động đối nghịch của việc tăng sản xuất clo và bay hơi clo ở dòng điện cao; kết hợp với tác động bất lợi của dòng điện cao và khe hở điện cực đối với hiệu suất điện; dẫn đến tác động tổng thể của dòng điện và khe hở điện cực lên hiệu suất dòng điện.

Kết luận

Tóm lại, điện phân nước biển phù hợp hơn cho các ứng dụng làm sạch; khử trùng sau thu hoạch các sản phẩm tươi sống ăn liền; do độ tinh khiết và độ ổn định cao hơn. Chế độ hoạt động điện phân hiện tại không đổi được áp dụng trong nghiên cứu này cho thấy: mật độ dòng điện; nồng độ clo; và nhiệt độ chất điện phân tăng theo dòng điện. Trong khi hiệu suất điện giảm theo dòng điện và khoảng cách điện cực hoặc điện thế.

Mặc dù hiệu suất dòng điện cao ở dòng điện cao; nhưng hiệu suất điện lại thấp (Hình 4 và 5). Do đó, khe hở điện cực nhỏ, nhỏ hơn 11,7 mm và hoạt động ở dòng điện thấp; dường như là điều kiện thiết kế và vận hành tiết kiệm năng lượng hơn cho hệ thống điện phân.

Nơi bán Máy điện phân nước biển tạo Clo uy tín, chất lượng

Công ty TNHH Thương Mại Kỹ Thuật Vũ Tấn chuyên cung cấp Máy chỉnh lưu (bộ nguồn 12V); sản xuất thanh điện cực titan,… Giải pháp tiết kiệm và hiệu quả cho ngành nuôi tôm. Hàng hóa có sẵn số lượng lớn; nhân viên kỹ thuật tư vấn và lắp đặt tận tình; giao hàng toàn quốc.