[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
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及電解法制備臭氧技術領域，具體涉及一種低壓電解臭氧發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、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。本發明制備的膜電極組件，采用了靜電紡絲成膜工藝，從結構上和制備工藝上進行改進，顯著提高了臭氧產生速率，降低了使用成本，延長了使用壽命，經濟效益顯著。

技術領域

本發明涉及低壓電解法制備臭氧技術領域，具體涉及一種低壓電解臭氧發生器的膜電極組件及其制備方法。

背景技術

臭氧（O₃）作為一種強氧化劑，因其氧化能力強，具有較強的殺菌消毒效果，殺菌消毒后產生氧氣，不會產生二次污染，因此在環境保護等領域越來越受到重視。目前，臭氧已經廣泛應用到飲用水處理、醫療用水處理、城市污水處理、食品消毒殺菌、空氣凈化等各個方面。然而，由于臭氧容易自分解，不易儲存，因此在采用臭氧時，普遍是現制現用。目前，人工產生臭氧的方法主要包括紫外線照射法、放射化學法、介質阻擋放電法以及低壓電解法等。在這些生產方法中，放射化學法需要利用放射源，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生反應而形成臭氧。然而，紫外線照射法能耗高、且產生的臭氧濃度較低，不利于大規模生產臭氧，更何況臭氧在使用時往往需要達到一定的濃度才具有較好的消毒殺菌效果。介質阻擋放電法是通過交變高壓電場產生電暈，電暈區中有自由高能電子，當氧氣體通過電暈放電區時氧氣分子會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碰撞而形成臭氧分子。然而，在采用介質阻擋放電法制備臭氧時，若選擇原料為空氣，則會產生對人體有害的氮氧化物，污染環境，且制得的臭氧濃度也較低。若選擇為純氧氣，則會大大提高生產成本，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。其中，低壓電解水能夠獲得較高的臭氧濃度，且不會產生氮氧化物等有害物質。同時，所采用的直流電源的電壓可以低至3-5伏，安全實用，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生臭氧。在現有技術中，制備膜電極組件中的陰、陽極催化劑膜片時，常用的方法是粘結法、離子交換法和電化學沉積法。

粘結法就是將混有粘結劑的陰陽極催化顆粒在外加機械力的情況下，粘結到離子交換膜上。離子交換法是在離子交換膜的兩側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。電化學沉積法是采用電化學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生速率。

此外，現有技術中制備膜電極組件的工藝復雜，零部件較多，需要螺栓等裝配，效率低。同時，采用螺栓等裝配時，由于螺栓常用鐵制成，而臭氧具有強氧化性，會對螺栓產生一定的腐蝕作用。因此，如何簡化膜電極組件的生產工藝、提高陽極催化膜和陰極催化劑膜與離子交換膜的接觸牢度、提高臭氧的發生速率、提高生產效率，是本領域技術人員亟需解決的一大問題。

發明內容

針對上述問題，本發明的目的在于提供一種低壓電解臭氧發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。

為實現上述目的，本發明提供以下技術方案：