循环冷却水系统广泛应用于工业生产的各领域,其稳定性是保证工业生产稳定运行的重要前提。然而,循环冷却水系统中的结垢与腐蚀问题带来了巨大的经济损失及严重的安全问题。电化学除垢技术作为一种绿色环保型技术,既能除垢又能防腐,同时可以达到杀菌及降低COD的目的。在前期工作中设计出了一种高效复合网状阴极,以解决电化学除垢技术中过高阴极面积需求的瓶颈问题。本文在前期工作的基础上进一步系统地研究高效复合网状阴极电化学除垢的机理。研究结果表明复合网状阴极的外层网与内层网协同增强阴极的除垢性能。屏蔽效应的存在导致外层网具有更大的电流密度及更负的阴极电位,内外层的电位差高达300 mV,电位在网层间的分布具有一定的空间效应,碳酸钙的沉积反应优先发生在外层网上。同时,外层网上快速析出的氢气泡具有占位作用,不仅使得碳酸钙的成核位点由基体转移至已形成的晶体之上,而且使得外层网上的垢层具有较低的覆盖度及较弱的结合力。同时,氢气泡对垢层具有一定的机械剥离作用,可以将垢层带离基体表面。这不仅延长了阴极的失活时间而且使得阴极具有一定的自清洁能力。内层网通过稳定的析氢过程在复合网状阴极内部构建出碱性环境,进一步加速了硬度离子的沉积,降低了除垢所需的阴极面积。为强化阴极表面垢的脱除,降低垢层与基体间结合力以便于失活阴极的快速再生。从操作参数、基体表面性质及电沉积工艺三个方面探究了垢层与基体间结合力的影响因素以优化脱垢工艺。实验结果表明,在操作参数方面,基于实际的循环水水质,最佳电化学除垢操作参数是温度为40℃,电流密度为50 A/m~2,阴阳极间距为6 mm,除垢周期为10 h。在基体表面性质方面,基体析氢性能的增强对阴极表面垢的沉积与脱除均有利。采用Ni-Mo镀层对外部阴极进行表面改性,析氢过电位可降低450 mV,约为改性前的1/2,电荷转移电阻可降低81.44Ω?cm~2,约为改性前的1/6,大大降低了除垢所需的能耗。采用Ni-Mo-P镀层对内部阴极进行表面改性,不仅析氢性能得到提升而且可减少黏附在阴极表面的垢量,延长阴极的失活时间。此外,基体粗糙度在一定范围内的降低有利于提升阴极表面水垢的脱除率。在电沉积工艺优化方面,电沉积过程中可以通过调节电源输出模式,在阴极表面优先预沉积一薄层氢氧化镁,以强化阴极表面垢的沉积与脱除。