[發明專利]一種電氧化臭氧發生器

有效

• 申請號: 201110048344.6
• 申請日: 2011-03-01
• 公開（公告）號: CN102653870B
• 公開（公告）日: 2017-05-17
• 發明（設計）人: 王龍耀;趙建洪;王嵐;陳群;何明陽;于爾根·施努爾
• 申請（專利權）人: 常州大學;浙江歐得立電氧化設備科技有限公司
• 主分類號: C25B9/10
• 分類號: C25B9/10;C25B1/13;C25B11/03;C25B11/06
• 代理公司: 浙江杭州金通專利事務所有限公司33100
• 代理人: 程皓,徐關壽

技術領域

本發明屬于電化學氧化生成臭氧裝置，具體說是一種氣體生成部位具有可控式內壓式結構和動態催化膜層的電氧化臭氧發生器。

背景技術

以水或水系電解質為原料，通過電解裝置（臭氧發生器）可以在陽極獲得具有一定濃度的臭氧-氧混合氣體。與電暈法相比，電化學法生成臭氧具有電壓低、臭氧濃度高、且所生成的氣體中不含NO3類有害組分等特點，因此在飲用水處理、醫療衛生、污水處理、工業漂白等應用中具有明顯優勢。

電解法臭氧發生技術是上世紀80年代興起的，目前已經有不少研究和應用報導。一般臭氧發生器陽極采用析氧電位較高的二氧化鉛或鉑，陰極采用鉑或鉑碳，如專利CN87202205、CN97212224.9等，大部分的研究圍繞以純水為原料的固體電解質臭氧發生器展開，其構成部件一般包括質子交換膜和兩極（陽極、陰極）對應的催化劑、多孔集流片、導流板和殼體。從部件功能離散化學角度考慮，將電催化活性材料與粘結材料（如PTFE）混合，壓制成單獨的催化劑片，與獨立的陽離子交換膜、多孔集流片、導流板及防腐片等一起構成臭氧發生器，可方便和規范生產制造過程，如專利CN97122126、CN200680051679；從功能集成角度考慮，將催化劑層通過電鍍、沉積的方法結合到導電透水基體上，然后要兩片電極間設置質子交換膜，可構成臭氧發生器，以實現構成部件的集成化，如專利CN01126593、CN200610138715；專利CN200520113829還提出在電解質膜和多孔板之間采用自由鋪放形式放置催化劑顆粒的陽極結構，期望能夠便于加工和組裝臭氧發生器。此外，當使用磷酸、磷酸鹽水溶液等電解質時，臭氧發生器結構往往與普通電解池類似，研究主要集中在電極材料和電解質體系方面，如專利CN200480004286、CN200710067351。

使用固體電解質的臭氧發生器具有體積小、電壓低、可利用純水作為電解原料等優點。但實際應用中，獨立式片狀結構的催化層需要使用（PTFE）等粘結劑，這使得催化劑層自身電阻和各片層間接觸電阻增大，導致高能耗和溫升；雖然以電鍍形式在陽極可以形成二氧化鉛催化劑層，但由此得到的電極層非常不平整，且容易破碎，這導致發生器具有高的電阻且使用壽命很短；專利CN200610138715采用在多孔鈦板表面和孔隙內沉積催化劑方法制作的臭氧發生器，由于技術自身的限制，在實際應用中具有啟動時間長，電壓高的明顯缺點。

電解水生成臭氧是一個氣-液-固（催化劑）三相參與的電化學反應，在所施加的電解電壓下，充分的液固相接觸有利于電極反應的發生，而順利將氣體從催化劑層導出則有利于提高液-固相界面，避免局部因充氣過多產生干化現象，減少電解電阻，降低局部放熱量，從而提高電流效率，延長臭氧發生器使用壽命。

發明內容

本發明所要解決技術問題是：構建一個氣體生成部位具有可控內壓式結構和動態催化膜層的臭氧發生器，使之具有順暢且可實現氣液傳輸自平衡的兩向滲透通道，從而有效提高臭氧生成效率，穩定臭氧發生器使用性能并延長其使用壽命。

本發明的技術方案為：使用具有選擇性透過功能的膜滲透電極作為電解電極，通過控制膜電極上氣、液兩向滲透通道的孔徑分布、數量、微結構和構成材料，在密封墊片、電極電板、導流外殼和緊固件的共同作用下，使氣體生成部位具有局部可控的內壓自平衡的氣液傳輸速度，從而提高臭氧的生成濃度，并在保證液、固兩相充分接觸的情況下迅速地將生成的氣相轉移出去，降低氣體發生部位的電阻。

在不改變電解原料物系和外加電壓的情況下，使用具有動態催化膜層的膜滲透電極作為電解電極，針對氣體生成部位調控其局部壓力和氣液兩向傳輸速率，從而設計出高效的電解式臭氧發生器，這與此前簡單地改變催化劑組分、調整發生器各組成部分間的相互關系等的設計是不同的。