CN105088267B - 用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，包括电解槽，所述电解槽内设置有阴极电极和阳极电极，所述阴极电极和阳极电极的底部与电解槽的底端完全接触，将电解槽分隔成相互独立的阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室隔离处设有允许离子透过，但隔离氢气透过阳极区的质子交换膜。本发明的结构设计由于将阳极室与阴极室隔离分开，互不相通，使得阴极室的水不会混入阳极室，因此避免了在阴极室产生的氢气混入到阳极室与臭氧O3发生中和反应，从而减少了臭氧O3的消耗量，提高臭氧O3的生产效率和含量。
Description
技术领域
本发明涉及电解池装置的研究领域，特别涉及一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置。
背景技术
电解水的应用早在上世纪70年代美国宇航局用于载人宇宙飞船给宇航员供氧。尤其在80年代之后，固体聚合物电解质(SPE)技术的应用在电解水制备氢气和氧气得到推广。采用一般的导电材料作为电极，可以分别在阳极和阴极表面发生电化学反应生成氧气和氢气。导电的金刚石材料被证实具有极佳的电化学性能，采用导电金刚石作为阳极，可制成直接溶于水的臭氧，简称臭氧水。
中国专利CN20061009226.7和CN20118006557.9采用金刚石电极制备臭氧水，但是阳极区和阴极区都没有分隔，阳极室与阴极室是相通的(如图1所示)，电解之后产生的臭氧又会从相通的区域混合，使得水中的氢气又被臭氧氧化，同时稀释了臭氧含量，从而导致了发生器臭氧产生效率低、臭氧浓度低。
发明内容
本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，用于提高臭氧O3的生产效率和含量。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，包括电解槽，所述电解槽内设置有阴极电极和阳极电极，所述阴极电极和阳极电极的底部与电解槽的底端完全接触，将电解槽分隔成相互独立的阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室隔离处设有允许离子透过，但隔离氢气透过阳极区的质子交换膜。
作为优选的，所述阴极室内设有用于将产生的氢气排出的排气孔。
作为优选的，所述阳极电极和阴极电极上设有允许水通过的通孔。
作为优选的，所述通孔为圆孔、正方形孔、长方形孔、锥孔、条形孔、多边形孔或不规则形状孔。
作为优选的，所述电解槽内设有一对或多对组合设置的阳极电极和阴极电极，形成两个或多个阳极室和阴极室。
作为优选的，所述阳极电极包括阳极端子、阳极基底和导电镀膜层，所述阴极电极包括阴极端子、阴极基底和导电镀膜层，所述导电镀膜层直接与阴极端子和阳极端子连接。
作为优选的，所述阳极端子和阴极端子采用弹性导电夹片，所述弹性导电夹片直接接触到导电膜；或者所述阳极端子和阴极端子通过导电粘接物与导电膜连接，所述电粘接物为导电银胶或导电锡浆。
作为优选的，所述阳极电极由导电材料组成，所述阳极电极是导电金刚石片，或者以硅片为基底的导电金刚石膜；所述阴极电极由导电材料组成，所述阴极电极是导电金刚石片，或者以硅片基底的导电金刚石膜，或者不锈钢片。
作为优选的，所述阳极电极和阴极电极上设有含有催化作用的活性物质。
作为优选的，所述电解池装置采用直流电驱动、交流电驱动或脉冲电驱动。
本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
(1)本发明的结构设计由于将阳极室与阴极室隔离分开，互不相通；使得阴极室的水不会混入阳极室，因此避免了在阴极室产生的氢气不会混入到阳极室与臭氧O3发生中和反应，从而减少的臭氧O3的消耗量，提高臭氧O3的生产效率和含量。
(2)本发明中由于直接连接镀膜电极的导电膜，因此电解池的镀膜电极的基底材料可以采用不导电的基底材料，例如：玻璃、硅片、陶瓷等等；也可以采用导电的基底材料。所以对于基底材料选择范围得到极大的扩展，而且基底材料导电性能对镀膜电极没有不良影响，从而设计人员能够很容易地选择那些镀膜附着力比较好的基底材料。例如：采用硅片为衬底材料并在其上镀上一层导电金刚石膜，制作成的电极镀膜附着力强，不容易脱膜，因此电极寿命较长。
(3)本发明中阴极端子、阳极端子直接与导电膜连接，所以不存在基底材料的串联电阻的影响，因此使得电解池的输入电压可以降低，电解反应的能耗降低，水温也得到降低，电极的使用寿命也延长了许多。
附图说明
图1是现有技术中阴极室和阳极室未分离的电解池装置示意图；
图2是本发明阴极室和阳极室分离的电解池装置结构示意图；
图3是本发明多组阴极室和阳极室分离的电解池装置结构示意图；
图4(a)-图4(g)是本发明各种通孔的结构示意图。
附图标号说明：1、阳极端子；2、阴极端子；3、阳极电极；4、导电金刚石膜；5、阴极电极；6、阳极室；7、阴极室；8、质子交换膜；9、通孔；10、阳极室出口；11、阴极室出口；12、入口；13、密封材料。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1
如图2所示，本发明公开了一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，包括电解槽，所述电解槽内竖直设置有阴极电极5和阳极电极3，所述阴极电极和阳极电极的底部与电解槽的底端完全接触，将电解槽分隔成相互独立的阳极室6和阴极室7，所述阳极室6和阴极室7隔离处设有可以氢离子透过，但隔离氢气透过阳极区的质子交换膜8。本发明由于将阳极室6与阴极室7隔离分开，互不相通；使得阴极室的水不会混入阳极室，因此避免了在阴极室产生的氢气不会混入到阳极室与臭氧O3发生中和反应，从而减少的臭氧O3的消耗量，提高臭氧O3的生产效率和浓度。
本实施例中，所述阴极室内设有用于将产生的氢气排出的排气孔，可以顺利的将氢气从阴极室内排出，有利于电解的进一步进行。
同时，所述阳极电极上设有通孔9，如图4(a)-图4(g)，所述通孔为圆孔、正方形孔、长方形孔、锥孔、条形孔、多边形孔或不规则形状孔等多种式样等，当然，上述通孔没有严格的形状限制，其他形式的形状也适用于本发明的技术方案。
本实施例中，水从入口12流入，从阳极室出口10和阴极室出口11流出，实现电解制备臭氧水。
本实施例中，所述阳极电极和阴极电极上可含有催化作用的活性物质，所述电解池装置采样直流电驱动。
如图3所示，所述电解槽内设有多对组合设置的阳极电极和阴极电极，形成多对的阳极室和阴极室，通过该种形式，可以进一步增加臭氧的产生量。
本实施例制作了两款结构模型进行实验比较，实验结果归纳如下：
从上述实验可以看出，应用本发明的技术方案之后，臭氧的浓度得到了显著的提高。
实施例2
本实施例中，除了下述技术特征之外，其他技术特征与实施例1相同：所述阳极电极包括阳极端子1、阳极基底和导电镀膜层，所述阴极电极包括阴极端子2、阴极基底和导电镀膜层，所述导电镀膜层直接与阴极端子和阳极端子连接。电流从阴极端子和阳极端子流出后直接流经导电镀膜层在电解槽内进行电解，所述阳极端子和阴极端子与导电镀膜层连接的部分设置在电解槽外部。
本实施例中，所述阳极端子和阴极端子采用弹性导电夹片，在阳极一端，所述弹性导电夹片刚好夹持住阳极端子和导电膜，电流经过阳极端子，不通过基底而直接与导电膜连接；在阴极一端，所述弹性导电夹片同样刚好夹持住阴极端子和导电膜，电流经过阴极端子，不通过基底而直接与导电膜连接，在阴阳极端子的共同作用下，对电解槽中的水进行电解，得到臭氧，本实施例中，由于直接连接镀膜电极的导电层，因此电解池的镀膜电极的基底材料可以采用不导电的基底材料，例如：玻璃、硅片、陶瓷等等；也可以采用导电的基底材料，所以对于基底材料选择范围得到极大的扩展，而且基底材料导电性能对镀膜电极的所以没有不良影响。
本实施例中，所述弹性导电夹片采用磷铜片，并采用硅片为衬底材料并在其上镀上一层导电金刚石膜4，制作成的电极镀膜附着力强，不容易脱膜，因此电极寿命较长，所述弹性导电夹片与导电膜连接部位用密封材料13封装，防止被腐蚀。当然，本实施例中的弹性导电夹片并不限于磷铜片一种，其他符合本申请技术方案的导电材料均在本申请的保护范围之内。
本实施例通过实验进行比较，实验结果归纳如下：
注：实验中本申请采用相同工艺制作：导电硅片镀导电金刚石膜。工作电流控制为1000mA(恒流测试)，其中的两个试验模块最低工作电压有比较明显的差别：直接连接方式的设计电极电压较低功耗也低，经过长时间循环工作3小时后，其水温明显降低。
实验结果比较表明：采用直接连接镀膜电极的电极虽然单片阳极工作，试验寿命也比双向(相当于2片阳极)循环切换工作的明显长。
作为本实施例的一种替换方案，所述阳极端子和阴极端子通过电粘接物与导电膜连接，电流直接从阳极端子(或阴极端子)流经导电膜，实现电解，本实施例中，由于直接连接镀膜电极的导电层，不存在基底材料的串联电阻的影响，因此使得电解池的输入电压可以降低，电解反应的能耗降低，水温也得到降低，电极的使用寿命也延长了许多。
本实施例中，所述电粘接物为电银胶或导电锡浆，在保证了阳极端子(或)阴极端子与导电膜的连接，同时保证了二者之间的良好的导电性能，当然，本实施例中除了上述粘接物，其它符合本申请技术方案的粘接物也在本申请的保护范围之内。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，包括电解槽，所述电解槽内设置有阴极电极和阳极电极，所述阴极电极和阳极电极的底部与电解槽的底端完全接触，将电解槽分隔成相互独立的阳极室和阴极室，所述阳极室和阴极室隔离处设有允许离子透过，但隔离氢气透过阳极区的质子交换膜；所述阳极电极包括阳极端子、阳极基底和导电镀膜层，所述阴极电极包括阴极端子、阴极基底和导电镀膜层，所述阴极电极端的导电镀膜层直接与阴极端子连接，所述阳极电极端的导电镀膜层和阳极端子连接；所述电解槽内设有一对或多对组合设置的阳极电极和阴极电极，形成两个或多个阳极室和阴极室；所述阳极端子和阴极端子采用弹性导电夹片，所述弹性导电夹片直接接触到导电镀膜层；或者所述阳极端子和阴极端子通过导电粘接物与导电镀膜层连接，所述电粘接物为导电银胶或导电锡浆。
2.根据权利要求1所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述阴极室内设有用于将产生的氢气排出的排气孔。
3.根据权利要求1所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述阳极电极和阴极电极上设有允许水通过的通孔。
4.根据权利要求3所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述通孔为圆孔、正方形孔、长方形孔、锥孔、多边形孔或不规则形状孔。
5.根据权利要求1所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述阳极电极由导电材料组成，所述阳极电极是导电金刚石片；所述阴极电极由导电材料组成，所述阴极电极是导电金刚石片。
6.根据权利要求1所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述阳极电极和阴极电极上设有含有催化作用的活性物质。
7.根据权利要求1所述的用于电解制备臭氧水的分隔阴阳极室的电解池装置，其特征在于，所述电解池装置采用直流电驱动、交流电驱动或脉冲电驱动。
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