[發明專利]電解式臭氧發生器及其陰極催化層的制備工藝

無效

• 申請號: 200810017852.6
• 申請日: 2008-03-28
• 公開（公告）號: CN101250710A
• 公開（公告）日: 2008-08-27
• 發明（設計）人: 王景平;王楊勇;李仲謹;牛育華;李翔;郭凌華;劉正安;惠燁
• 申請（專利權）人: 陜西科技大學
• 主分類號: C25B1/13
• 分類號: C25B1/13
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司
• 代理人: 汪人和

技術領域

本發明屬于電化學領域，涉及一種制備臭氧的裝置，尤其是一種電解式臭氧發生器及其陰極催化層的制備工藝。

背景技術

臭氧是一種環保型的氧化劑，在常用的氧化劑中其氧化性最強，且反應后的產物是對人體有益的氧氣。由于上述優點，臭氧產品已經被廣泛應用于飲用水處理、污水處理、化學氧化、紙漿漂白及醫療衛生等領域。

傳統的臭氧產生技術為電暈法臭氧產生技術，是一種將干燥含氧的氣體通過電暈放電區產生臭氧的方法，這種制備方法的專利比較多，如CN?96209877.9、CN?01817517.1、CN?02237175.3等。利用這種方法制備臭氧，必須配置性能優良的氣體干燥裝置，產生的臭氧濃度一般小于6％，且所制備的氣體中含NOx類氣體。因此，大大限制了這類臭氧發生器的使用范圍。

電解法臭氧產生技術是上個世紀80年代興起的技術，這種技術的陽極一般多采用析氧電位較高的二氧化鉛(PbO₂)或者鉑(Pt)，陰極也多采用Pt，如CN87022205、CN?97212224.9、CN97122126等。這種技術最大的優點是產生的臭氧濃度較高，一般情況下可達到10％～25％，其中不含有NOx類氣體。但目前電解法產生臭氧的裝置依然存在如下的缺陷：

1.利用Pt作為陽極制備臭氧成本太高，同時電流效率也不高；

2.利用二氧化鉛做陽極制備臭氧，電極壽命較短，電流效率不高(10％～15％)；

3.現有的陽極催化層的制備工藝不穩定；

4.電解法制備臭氧的現有技術相對于無聲放電法產生臭氧耗電量大。

因此，研制一種電流效率高、性能穩定且移動方便的臭氧發生裝置依然是是國內外目前面臨的難題。

利用硼摻雜的金剛石電極(硼碳電極)產生臭氧在上個世紀90年代末已有相關的報道，雖然硼碳電極有很高的化學穩定性，但由于在電極以及電解室制備技術方面的缺陷，產生臭氧的電流效率依然較低。

發明內容

本發明的目的在于克服上述現有技術的缺點，提供一種電解式臭氧發生器，該電解式臭氧發生器采用多孔硼摻雜的金剛石電極為陽極，以碳載鉑為陰極制備臭氧，優化設計制備臭氧的電解室，大幅度提高了硼碳電極產生臭氧的電流效率，且使電極連續使用壽命明顯提高。

本發明的目的是通過以下技術方案來解決的：

這種電解式臭氧發生器及其陰極催化層的制備工藝，包括圓形Nafion膜和設于所述Nafion膜軸向兩側的陽極構件和陰極構件，其特征在于：所述陽極構件軸向外側設有陽極夾板，所述陽極夾板軸向內側端設有筒形電解室陽極殼體，所述電解室陽極殼體內同軸套設有陽極導流體，所述陽極導流體出口端依次同軸設置有陽極集流層和圓片狀硼碳陽極片，所述圓片狀硼碳陽極片為硼摻雜的金剛石電極且沿軸向均勻分布有若干小通孔，所述電解室陽極殼體徑向設置有進水通孔和出水通孔，所述陰極構件軸向外側設有陰極夾板，所述陰極夾板軸向內側端設有筒形電解室陰極殼體，所述電解室陰極殼體內同軸套設有陰極導流體，所述陰極導流體出口端依次同軸設置有陰極集流層和圓片狀陰極催化層，所述圓片狀陰極催化層至少包括碳載鉑和膠粘劑，所述電解室陰極殼體徑向設置有進水通孔和出水通孔。

上述圓片狀硼碳陽極片的厚度(H)為0.2～1.5mm，直徑(D)為30～200mm，所述軸向小通孔的孔徑(d)為0.2～0.8mm，相鄰小通孔的孔間距(h)為3.0～6.0mm。

上述陰極催化層的制備工藝為：將具有鉑載量為5％～20％的碳載鉑與Nafion乳液按質量比為mPt∶m_Nafion＝1∶0.8～2混合，加入適量異丙醇攪拌均勻，在65～85℃水浴中攪拌至糊狀，25～35℃下碾壓成0.15±0.02mm厚的膜片，然后在55～75℃下烘干并剪切成所需尺寸，即為陰極催化層。

上述陽極集流層和陰極集流層均為圓形多孔鈦板，其孔隙率為30％～45％，孔徑為20～45μm，透氣率為5～30M³cm/m².h.mmH₂O。

上述陽極導流體和陰極導流體均由帶有若干軸向出水通孔的水分配盤和經支撐金屬條與所述水分配盤軸向相連接的圓片狀后座板組成，所述水分配盤、支撐金屬條和后座板可以為一體成型式，也可以為分體組裝式。

上述陽極夾板、電解室陽極殼體、陰極夾板、電解室陰極殼體的外表面均加工有散熱槽。