CN211394647U - 一种用于高效合成h2o2的三室反应器装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，由阳极室和两个阴极室构成，阳极室和阴极室之间由阳离子交换膜隔开，阴极选用制作的炭黑‑石墨‑PTFE空气扩散阴极，阳极选用钛/二氧化铱复合金属板垂直插入阳极槽，阴极分别由两个阴极固定板固定。阳极钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极均连接直流电源负极。该装置选用的炭黑‑石墨‑PTFE空气扩散阴极为阴极，阳极为钛/二氧化铱金属板，电流效率可达100％，高于普通的反应器的电流效率。
Description
技术领域
本实用新型所涉及的领域是电化学合成领域，特别涉及一种用于高效电催化合成H2O2的装置。
背景技术
过氧化氢(H2O2)是一种对环境无害的强化学氧化剂，分解时只有水(H2O) 和氧气(O2)生成，不会产生有害残留物，在纸浆漂白、纺织等许多制造业以及电子工业、废水处理、化学氧化(包括大规模丙烯氧化生产丙烯氧化物)等都具有极其广泛的应用。
工业上，过氧化氢是通过蒽醌氧化(AO)工艺得到的。不过，这种方法由于能量输入大、步骤繁杂、产生的废弃物多，不被认为是一种绿色、环保的生产方法。此外，过氧化氢的运输、储存和处理都存在潜在的危险和额外的成本。通过氧还原反应(ORR)的两电子途径将O2电化学还原为H2O2，为原位生产H2O2提供了很大的潜力。碳基材料(如活性炭、富勒烯、碳纳米管、碳纳米管、碳气凝胶、石墨、石墨烯、石墨烯等)的存在形式多种多样，包括粉末、纤维、气凝胶、复合材料、薄片状、单体、管等形式，由于其具有比表面积大、导电性好、耐腐蚀性、丰度大、价格低廉等优点，被广泛用作催化材料。
目前在电化学体系中，空气呼吸阴极是一种很有潜力的阴极形式。空气呼吸阴极由暴露于空气的疏水气体扩散层(GDL)和浸没于电解质溶液的催化层(CL) 组成，空气中的氧气会从扩散层扩散进入催化层，结合氢离子，在活性位点的催化下反应生成H2O2。
实用新型内容
本实用新型的目的是针对以上存在的问题，设计出一种用于合成H2O2的三室反应器，该装置构造简单，制作成本低廉，有效地提高H2O2合成效率。
本实用新型的目的是通过以下技术方案实现的：一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，由阳极室和两个阴极室构成，阳极室和阴极室之间由阳离子交换膜隔开。
所述阴极选用制作的炭黑-石墨-PTFE空气扩散阴极，阳极选用钛/二氧化铱复合金属板垂直插入阳极槽，阴极分别由两个阴极固定板固定。
所述阳极钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极均连接直流电源负极。
分别向三个腔室注入200mL硫酸钠(Na2SO4)电解液。
装置主体是由有机玻璃材质制成
该装置所采用的阴极是炭黑-石墨-PTFE空气扩散阴极是由扩散层，催化层和用作集电器的钢网组成，催化层和扩散层分别是由石墨炭黑和炭黑粉末与酒精、 PTFE混合，搅拌至膏状，辊压至钢网地两侧形成的。
该装置所采用的阳极是钛/二氧化铱板，长10cm，宽4cm，厚度为1mm。
有益效果
1.该装置选用的炭黑-石墨-PTFE空气扩散阴极为阴极，阳极为钛/二氧化铱金属板，电流效率可达100％，高于普通的反应器的电流效率。
2.系统对于过氧化氢浓度的获得可通过调节电流的大小和通电的时间控制，操作简便。
3.系统造价低廉，有机玻璃、石墨-炭黑-PTFE空气扩散阴极廉价易得。
附图说明
图1是高效合成H2O2的三室反应器装置结构示意图。
附图标记：1-阴极室，2-阴极，3-阳离子交换膜，4-阳极室，5-阳极槽， 6-取样口，7-阴极固定板。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例来对本实用新型做进一步的说明。
一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，该装置主体是由有机玻璃材质制成，分别由阳极室4(尺寸大小为10cm*10cm*2cm)和两个阴极室1(尺寸大小为10cm*10cm*2cm)构成，阳极室4和阴极室1之间由阳离子交换膜3隔开，阴极2选用制作的炭黑-石墨-PTFE空气扩散阴极，阳极选用钛/二氧化铱复合金属板(尺寸大小为4cm*10cm*1mm)垂直插入阳极槽5(尺寸大小为5cm*1cm)，阴极2分别由两个阴极固定板7固定。使用时组装好的该反应器连接一台直流电源，阳极钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极2均连接直流电源负极，分别向三个腔室注入200mL硫酸钠(Na2SO4)电解液，通过调节电流大小和通电时间控制反应器的运行情况，从取样口6进行取样。
普通的单室反应器为直径3cm，长4cm的圆柱形腔室，阴极采用上述炭黑- 石墨-PTFE空气扩散阴极，阳极采用Pt片(1cm*1cm)，阴阳极之间距离为2cm。
实施例1
分别向阳极室和两个阴极室注入200mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极都连接在直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为70mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，两个阴极室的H2O2浓度为30mg/L和25mg/L，电流效率为75％。
实施例2
分别向阳极室和两个阴极室注入200mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极都连接在直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为140mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，两个阴极室的H2O2浓度为71mg/L和72mg/L，电流效率为 96％。
实施例3
分别向阳极室和两个阴极室注入200mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极都连接在直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为210mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，两个阴极室的H2O2浓度为120mg/L和111mg/L，电流效率为 100％。
实施例4
分别向阳极室和两个阴极室注入200mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极都连接在直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为280mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，两个阴极室的H2O2浓度为131mg/L和146mg/L，电流效率为94％。
实施例5
分别向阳极室和两个阴极室注入200mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极都连接在直流电源负极，打开电源开关，调节电流大小为350mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，两个阴极室的H2O2浓度为167mg/L和187mg/L，电流效率为95％。
实施例6
向普通的单室反应器注入28mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将Pt片连接直流电源正极，阴极连接在直流电源负极，打开直流电源，调节电流大小为 35mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，H2O2浓度为 173mg/L，电流效率为65％。
实施例7
向普通的单室反应器注入28mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将Pt片连接直流电源正极，阴极连接在直流电源负极，打开直流电源，调节电流大小为 70mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，H2O2浓度为 353mg/L，电流效率为67％。
实施例8
向普通的单室反应器注入28mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将Pt片连接直流电源正极，阴极连接在直流电源负极，打开直流电源，调节电流大小为 105mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，H2O2浓度为 611mg/L，电流效率为77％。
实施例9
向普通的单室反应器注入28mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将Pt片连接直流电源正极，阴极连接在直流电源负极，打开直流电源，调节电流大小为 140mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，H2O2浓度为 888mg/L，电流效率为84％。
实施例10
向普通的单室反应器注入28mL浓度为0.05M的Na2SO4电解液，将Pt片连接直流电源正极，阴极连接在直流电源负极，打开直流电源，调节电流大小为 175mA，运行20min后，用草酸钛钾分光光度法检测H2O2浓度，H2O2浓度为1000mg/L，电流效率为75％。
应当理解的是，这里所讨论的实施方案及实例只是为了说明，对本领域技术人员来说，可以加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本实用新型所附权利要求的保护范围。
Claims (4)
1.一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，其特征在于，由阳极室和两个阴极室构成，阳极室和阴极室之间由阳离子交换膜隔开；
阴极选用制作的炭黑-石墨-PTFE空气扩散阴极，阳极选用钛/二氧化铱复合金属板垂直插入阳极槽，阴极分别由两个阴极固定板固定。
2.根据权利要求1所述的一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，其特征在于，阳极钛/二氧化铱复合金属板连接直流电源正极，两个阴极均连接直流电源负极。
3.根据权利要求1所述的一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，其特征在于，分别向三个腔室注入200mL硫酸钠电解液。
4.根据权利要求1所述的一种用于高效合成H2O2的三室反应器装置，其特征在于，装置主体是由有机玻璃材质制成。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921341351.3U CN211394647U (zh) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | 一种用于高效合成h2o2的三室反应器装置 |
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| CN201921341351.3U CN211394647U (zh) | 2019-08-19 | 2019-08-19 | 一种用于高效合成h2o2的三室反应器装置 |
Publications (1)
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| CN211394647U true CN211394647U (zh) | 2020-09-01 |
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Country Status (1)
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Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110760876A (zh) * | 2019-08-19 | 2020-02-07 | 天津大学 | 一种用于高效合成h2o2的三室反应器装置 |
| CN113089002A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 重庆大学 | 一种电催化产过氧化氢耦合有机物选择性氧化装置和方法 |
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2019
- 2019-08-19 CN CN201921341351.3U patent/CN211394647U/zh active Active
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| CN113089002A (zh) * | 2021-03-18 | 2021-07-09 | 重庆大学 | 一种电催化产过氧化氢耦合有机物选择性氧化装置和方法 |
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