[發明專利]一種低壓電解臭氧發生器的膜電極組件及其制備方法

有效

• 申請號: 201810143382.1
• 申請日: 2018-02-11
• 公開（公告）號: CN108411331B
• 公開（公告）日: 2020-02-18
• 發明（設計）人: 樊國榮;翁明波;陳忠;袁洪軍
• 申請（專利權）人: 中氧科技（廣州）有限公司
• 主分類號: C25B1/13
• 分類號: C25B1/13;C25B9/10;C25B13/02;C25B13/04;D01D5/00
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1.一種低壓電解臭氧發生器的膜電極組件，其特征在于：包括離子交換組件、分別設置在離子交換組件左右兩側的陽極催化劑膜和陰極催化劑膜、設置在陽極催化劑膜外側的第一磁性納米纖維膜、設置在陰極催化劑膜外側的第二磁性納米纖維膜；離子交換組件包括金屬網、涂覆在金屬網兩側表面的聚四氟乙烯層以及設置在聚四氟乙烯層表面的全氟磺酸離子交換膜；涂覆聚四氟乙烯層后的金屬網具有網孔結構；在聚四氟乙烯層外設置全氟磺酸離子交換膜后，金屬網的網孔結構被全氟磺酸離子交換膜覆蓋；陽極催化劑膜中包括未改性的聚四氟乙烯、親水化改性后的聚四氟乙烯、陽極催化劑納米顆粒和石墨烯；陰極催化劑膜中包含未改性的聚四氟乙烯、親水化改性后的聚四氟乙烯和陰極催化劑納米顆粒；陽極催化劑膜和陰極催化劑膜均采用靜電紡絲成膜的方式制成；第一磁性納米纖維膜和第二磁性納米纖維膜均是采用同軸靜電紡絲方法，將磁性納米顆粒包覆在納米纖維的芯層而形成。

2.如權利要求1所述的低壓電解臭氧發生器的膜電極組件，其特征在于：陽極催化劑膜中，未改性的聚四氟乙烯與親水化改性后的聚四氟乙烯的重量比為4：6—6：4；陰極催化劑膜中，未改性的聚四氟乙烯與親水化改性后的聚四氟乙烯的重量比為4：6—6：4。

3.如權利要求1-2任一項所述的低壓電解臭氧發生器的膜電極組件，其特征在于：陽極催化劑納米顆粒選自二氧化鉛、納米摻銻二氧化錫、硼摻雜金剛石、鉑中的一種或多種；陰極催化劑納米顆粒選自鉑、鎳、鎳鈷鐵合金中的一種或多種。

4.一種如權利要求1-3任一項所述低壓電解臭氧發生器的膜電極組件的制備方法，其特征在于：包括如下步驟：

1）制備離子交換組件：分別配制聚四氟乙烯乳液和全氟磺酸離子交換樹脂溶液備用；選擇目數為40-85的金屬網，在金屬網的兩側表面涂覆聚四氟乙烯乳液，再在50-80℃下熱風烘干，如此反復3-5次，以增加聚四氟乙烯層的厚度，此時涂覆有聚四氟乙烯的金屬網具有網孔結構；再在涂覆有聚四氟乙烯的金屬網的兩側涂覆全氟磺酸離子交換樹脂溶液，在88-150℃下烘干，如此反復多次，直到在涂覆有聚四氟乙烯的金屬網的兩側分別形成厚度為130-180μm的全氟磺酸離子交換膜，此時金屬網的網孔結構被全氟磺酸離子交換膜覆蓋，形成離子交換組件；

2）等離子體處理：采用等離子體發生器對步驟1）中得到的離子交換組件進行等離子體處理，使全氟磺酸離子交換膜的表面形成部分凹坑，增大表面粗糙度；

3）制備陽極催化劑膜：選取一定重量的未改性的聚四氟乙烯和親水化改性后的聚四氟乙烯，加入陽極催化劑納米顆粒和石墨烯，將其配制成第一紡絲液；將第一紡絲液裝入靜電紡絲裝置的注射器中，將離子交換組件作為接收板，利用靜電紡絲裝置將第一紡絲液制成陽極催化劑納米纖維并附著在離子交換組件的一面而形成陽極催化劑膜；

4）制備陰極催化劑膜：選取一定重量的未改性的聚四氟乙烯和親水化改性后的聚四氟乙烯，加入陰極催化劑納米顆粒，將其配制成第二紡絲液；將第二紡絲液裝入靜電紡絲裝置的注射器中，將離子交換組件作為接收板，利用靜電紡絲裝置將第二紡絲液制成陰極催化劑納米纖維并附著在離子交換組件的另一面而形成陰極催化劑膜；

5）制備第一磁性納米纖維膜和第二磁性納米纖維膜：分別在陽極催化劑膜的外側和陰極催化劑膜的外側形成第一磁性納米纖維膜和第二磁性納米纖維膜；第一磁性納米纖維膜和第二磁性納米纖維膜均是采用同軸靜電紡絲方法，將磁性納米顆粒包覆在納米纖維的芯層而成；

由此，形成一種低壓電解臭氧發生器的膜電極組件。

5.如權利要求4所述低壓電解臭氧發生器的膜電極組件的制備方法，其特征在于：步驟2）等離子體處理時，等離子體處理時間為28-170s。