[發(fā)明專(zhuān)利]一種用于電解臭氧發(fā)生器的膜電極組件及其制備方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810143381.7
• 申請(qǐng)日: 2018-02-11
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN108411330B
• 公開(kāi)（公告）日: 2020-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 樊國(guó)榮;翁明波;陳忠;袁洪軍
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中氧科技（廣州）有限公司
• 主分類(lèi)號(hào): C25B1/13
• 分類(lèi)號(hào): C25B1/13;C25B9/10
• 代理公司: 暫無(wú)信息
• 代理人: 暫無(wú)信息

本發(fā)明涉及電解法制備臭氧技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電解臭氧發(fā)生器的膜電極組件及其制備方法。該膜電極組件包括離子交換組件、以及分別設(shè)置在離子交換組件左右兩側(cè)的采用靜電紡絲法制備的陽(yáng)極催化劑膜和陰極催化劑膜；離子交換組件包括金屬網(wǎng)、涂覆在金屬網(wǎng)兩側(cè)表面的聚四氟乙烯層以及設(shè)置在聚四氟乙烯層表面的全氟磺酸離子交換膜。本發(fā)明制備的膜電極組件，采用了靜電紡絲成膜工藝，從結(jié)構(gòu)上和制備工藝上進(jìn)行改進(jìn)，顯著提高了臭氧產(chǎn)生速率，降低了使用成本，延長(zhǎng)了使用壽命，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及電解法制備臭氧技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種用于電解臭氧發(fā)生器的膜電極組件及其制備方法。

背景技術(shù)

臭氧（O₃）作為一種強(qiáng)氧化劑，因其氧化能力強(qiáng)，具有較強(qiáng)的殺菌消毒效果，殺菌消毒后產(chǎn)生氧氣，不會(huì)產(chǎn)生二次污染，因此在環(huán)境保護(hù)等領(lǐng)域越來(lái)越受到重視。目前，臭氧已經(jīng)廣泛應(yīng)用到飲用水處理、醫(yī)療用水處理、城市污水處理、食品消毒殺菌、空氣凈化等各個(gè)方面。然而，由于臭氧容易自分解，不易儲(chǔ)存，因此在采用臭氧時(shí)，普遍是現(xiàn)制現(xiàn)用。目前，人工產(chǎn)生臭氧的方法主要包括紫外線照射法、放射化學(xué)法、介質(zhì)阻擋放電法以及低壓電解法等。在這些生產(chǎn)方法中，放射化學(xué)法需要利用放射源，成本高，且安全性差。紫外線照射法是利用紫外線照射干燥的氧氣，將一部分氧分子離解成氧原子，然后氧原子再同氧分子發(fā)生反應(yīng)而形成臭氧。然而，紫外線照射法能耗高、且產(chǎn)生的臭氧濃度較低，不利于大規(guī)模生產(chǎn)臭氧，更何況臭氧在使用時(shí)往往需要達(dá)到一定的濃度才具有較好的消毒殺菌效果。介質(zhì)阻擋放電法是通過(guò)交變高壓電場(chǎng)產(chǎn)生電暈，電暈區(qū)中有自由高能電子，當(dāng)氧氣體通過(guò)電暈放電區(qū)時(shí)氧氣分子會(huì)在高速電子流的轟擊下被離解成氧原子，然后氧原子再與氧氣分子經(jīng)碰撞而形成臭氧分子。然而，在采用介質(zhì)阻擋放電法制備臭氧時(shí)，若選擇原料為空氣，則會(huì)產(chǎn)生對(duì)人體有害的氮氧化物，污染環(huán)境，且制得的臭氧濃度也較低。若選擇為純氧氣，則會(huì)大大提高生產(chǎn)成本，不利于推廣使用。而低壓電解法制備臭氧，是利用直流電源電解含氧電解質(zhì)。其中，低壓電解水能夠獲得較高的臭氧濃度，且不會(huì)產(chǎn)生氮氧化物等有害物質(zhì)。同時(shí)，所采用的直流電源的電壓可以低至3-5伏，安全實(shí)用，便于推廣。

目前，低壓電解水制備臭氧的方法中，主要是采用離子交換膜與陰、陽(yáng)極催化劑膜片形成膜電極組件，利用該膜電極組件電解水而產(chǎn)生臭氧。在現(xiàn)有技術(shù)中，制備膜電極組件中的陰、陽(yáng)極催化劑膜片時(shí)，常用的方法是粘結(jié)法、離子交換法和電化學(xué)沉積法。

粘結(jié)法就是將混有粘結(jié)劑的陰陽(yáng)極催化顆粒在外加機(jī)械力的情況下，粘結(jié)到離子交換膜上。離子交換法是在離子交換膜的兩側(cè)沉積一層電極催化劑顆粒，但這種方法交換得到的顆粒比較粗大，且電極催化劑的析出量不容易控制。電化學(xué)沉積法是采用電化學(xué)還原的方法將金屬鹽溶液電還原沉積到膜表面，但這種方法成本較高，使用的設(shè)備昂貴。此外，這些方法具有催化劑在離子交換膜上的牢度不夠、比表面積較小，不利于提高臭氧的產(chǎn)生速率。

此外，現(xiàn)有技術(shù)中制備膜電極組件的工藝復(fù)雜，零部件較多，需要螺栓等裝配，效率低。同時(shí)，采用螺栓等裝配時(shí)，由于螺栓常用鐵制成，而臭氧具有強(qiáng)氧化性，會(huì)對(duì)螺栓產(chǎn)生一定的腐蝕作用。因此，如何簡(jiǎn)化膜電極組件的生產(chǎn)工藝、提高臭氧的發(fā)生速率、提高生產(chǎn)效率，是本領(lǐng)域技術(shù)人員亟需解決的一大問(wèn)題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種用于電解臭氧發(fā)生器的膜電極組件及其制備方法。采用該方法制備的膜電極組件，能夠提高催化劑的牢度、提高臭氧產(chǎn)生效率并減少了螺栓等零部件的使用，降低了成本，提高了膜電極組件的使用壽命。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供以下技術(shù)方案：