專利名稱：膜-電極組件、使用該組件的電解池、制備臭氧水的方法和裝置、消毒方法以及廢水或廢液 ...的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及膜-電極組件、使用該組件的電解池、制備臭氧水的方法和裝置、消毒方法以及廢水或廢液處理方法。
背景技術(shù)：
在工業(yè)上，電解反應(yīng)用于制備化學(xué)物質(zhì)，如氯和苛性鈉，其在現(xiàn)代工業(yè)中起到了關(guān)鍵的作用。電解反應(yīng)也被應(yīng)用于廢水處理，以電解去除有害物質(zhì)。用于這種過程的反應(yīng)容器，稱為電解槽或電解池，通常具有殼體結(jié)構(gòu)，所述殼體容納有陽極和陰極或，除此之外，定位在兩者之間的固體聚合物電解質(zhì)膜。大部分電解池具有這樣的結(jié)構(gòu)，其陽極側(cè)和陰極側(cè) 存在的液體或氣體在物理上是分離的。但是，在一些電解過程中，陽極液和陰極液要求或允許混合；并且這種工藝使用的電解池具有滿足該目的的結(jié)構(gòu)。本發(fā)明屬于后者，其中陽極液和陰極液是混合的，且原料水的離子化程度很小，本發(fā)明涉及如下的膜-電極組件，其具有固體聚合物電解質(zhì)膜，該膜在陽極和陰極之間是交錯(cuò)的，并且涉及使用所述膜-電極組件的電解池。本發(fā)明涉及一種膜-電極組件，使用該組件的電解池，制備臭氧水的方法和裝置，消毒方法，以及廢水或廢液處理方法。除了臭氧水的制備以外，本發(fā)明還可以在各種應(yīng)用中提供可能的解決方案，包括但不限于有機(jī)電解合成，分解含二噁英的有機(jī)氯化合物，在遇到災(zāi)難時(shí)或在發(fā)展中國(guó)家使用河水來制備飲用水。最近，由于臭氧水優(yōu)異的消毒效果和對(duì)有機(jī)物質(zhì)的降解活性，其已被廣泛應(yīng)用于醫(yī)療和食品衛(wèi)生領(lǐng)域，用于半導(dǎo)體制備系統(tǒng)等。臭氧水的制備方法可以簡(jiǎn)要的分為兩組通過在純氧氣或含氧氣體中放電的氣相制備過程和通過水的電解的電化學(xué)方法。氣相制備過程具有優(yōu)異的能源效率，并使用于相對(duì)大規(guī)模的制備系統(tǒng)中，在施加于純氧的較高的電壓下運(yùn)行。在氣相制備過程中，臭氧水是通過在氣-液反應(yīng)器中與水接觸獲得。另一方面，電解制備的方法在幾十伏或更低的低電壓下通過電解池操作，水為原料，通過這種方法導(dǎo)向性制備(directory manufactured)臭氧水。此方法相對(duì)容易地用簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)配置，基本上為電解池和電源，提供了高濃度臭氧水，適合于小型或中等規(guī)模的制
備容量。在臭氧水的制備中，在使用具有低離子化度的純水電解，因?yàn)槠涞偷碾x子化度，僅在水中配置陽極和陰極將不會(huì)促進(jìn)電解反應(yīng)。出于這個(gè)原因，在陰極和陽極之間插入固體聚合物電解質(zhì)膜作為氫離子的移動(dòng)路徑，因此，電解池配置有陽極、陰極和固體聚合物電解質(zhì)膜作為功能元件。臭氧通過如下的反應(yīng)式形成臭氧形成反應(yīng)(陽極)3H20=03+6H++6e_E°=+l. 51V
氧形成反應(yīng)(陽極)2H20=02+4H++4e_E°=+l. 23V氫形成反應(yīng)(陰極)2H++2e_=H2在上文中，臭氧生成反應(yīng)與氧形成反應(yīng)是競(jìng)爭(zhēng)反應(yīng)，其中具有較低生成電位的氧為主導(dǎo)(presidentially)方式，因此有效的臭氧形成電流低。此外，由于電解使用具有高過電壓的氧化鉛陽極或?qū)щ娊饎偸枠O，在高電勢(shì)下進(jìn)行，以抑制氧的產(chǎn)生，因此操作過程中需要高的電解電壓。其結(jié)果是，臭氧水電解具有低的電源效率，其是電流效率和電壓效率的乘積，并有期望其得到改進(jìn)。一般來說，傳統(tǒng)類型的臭氧水電解制備中，陽極側(cè)和陰極側(cè)通過固體聚合物電解質(zhì)膜物理分離，電解過程沒有陽極電解液和陰極電解液的混合。
例如，在電解池中，陽極和陰極平行布置，如在如PTL I等中所示，且電解液與它們并列通過。這種結(jié)構(gòu)與PTL 2和PTL 3中所采用的類似。因此，在傳統(tǒng)類型的系統(tǒng)中，原料水與陰極和陽極的表面平行流動(dòng)，進(jìn)入所述電極的一端，從另一端排出。因此，隨著電解反應(yīng)的進(jìn)展，該液體組合物產(chǎn)生變化，并且除非固定在足夠的流量，入口和出口的反應(yīng)條件會(huì)是不同的。這種結(jié)構(gòu)上的不便之處是特別嚴(yán)重的，會(huì)在采用非純水為原料的臭氧水制備中造成氫氧化物沉淀的問題，如采用自來水，井水和雨水作為原料時(shí)。在以往的應(yīng)用此類非純化水的臭氧水制備中，陰極電解液的PH值將會(huì)隨電解的進(jìn)行而增加，造成在原料水中痕量存在的堿土金屬的氫氧化物大量沉淀于進(jìn)行反應(yīng)的陰極表面的出口側(cè)，達(dá)到使電解難以繼續(xù)的程度。為了應(yīng)付這種情況，必須定期地停止操作進(jìn)行酸洗以除去沉淀物，如PTL 4中詳細(xì)描述的。此問題通常是不僅體現(xiàn)在普通結(jié)構(gòu)的電解池中，如在PTL 3中所示，也出現(xiàn)在那些具有特殊結(jié)構(gòu)的，如在PTL 5中提出的。在專PTL6和7中，陰極室是分離且使用酸作為陰極電解液，以減少沉淀物，但其結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜且必需要額外的維護(hù)以安全操作。然而，在PTL 8中，提出了一種替代方法以恢復(fù)操作的性能，該方法當(dāng)電解特性惡化時(shí)，通過顛倒電解池的陽極/陰極提供反向電流來實(shí)現(xiàn)。在這種情況下，當(dāng)供給反向電流時(shí)，陰極暫時(shí)作為陽極以及痕量的金屬元素洗脫。洗脫的金屬離子滲透到固體聚合物電解質(zhì)膜，造成其離子遷移能力顯著惡化，因此，為了防止金屬元素洗脫，必須使用具有閾值的金屬制備陰極并在其表面覆蓋昂貴的貴金屬涂層。此夕卜，陽極暫時(shí)作為陰極工作也可能導(dǎo)致其劣化。由于傳統(tǒng)電解池的設(shè)計(jì)問題，原料水通過電解池一端處的入口進(jìn)入，在電極上平行流動(dòng)，并從電解池另一端的出口排出，如在PTL9所示。這種結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)對(duì)于一個(gè)安裝類型的系統(tǒng)來說沒有問題，其提供足夠的安裝空間，但是將該系統(tǒng)方便配備到一個(gè)現(xiàn)有的管路的中路時(shí)，如安裝在房子中的自來水管路，這樣的電解池結(jié)構(gòu)，可能會(huì)干擾緊湊設(shè)計(jì)的概念。PTLlO中公開了臭氧制備系統(tǒng)中水被供應(yīng)到催化劑電極，所述催化劑電極包括支撐于陽極和陰極之間的陽離子交換膜，連通所述陽極電極和所述陰極電極的通孔設(shè)置在所述陽離子交換膜上面對(duì)原料水供給路線的部分；并且水，如自來水，從原料水供給路線供給各電極(陽極或陰極)中的任一個(gè)電極，然后通過所述通孔到另一電極(PTL10專利公報(bào)第3頁(yè)第22-32行)。在PTL1010中，設(shè)置了連通陽極室和陰極室的通孔，但沒有在陽極電極、陰極電極和離子交換膜上設(shè)置通孔，因此，原料水不流過陽極電極、陰極電極以及離子交換膜中的相同位點(diǎn)。從而，電解效率是極低的。PTLll公開了一種電解臭氧發(fā)生元件，其中，電解空氣中的濕分以產(chǎn)生臭氧。在該元件中，設(shè)置了穿透陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜以及陰極的中部的直徑5mm的通孔。(PTL11的專利公報(bào)第4頁(yè)右欄第11-13行，第7頁(yè)右欄第7-14行，以及圖10)然而，PTL 11涉及從進(jìn)料空氣中所含的濕分生成臭氧的氣相反應(yīng)，并且通孔用于循環(huán)空氣原料，而不是液體，從而與允許液體通過的通孔具有不同的目的。在PTLll的圖10中，描述了在陽極中的設(shè)置多個(gè)孔的例子，但并未在固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極提供對(duì)應(yīng)于所有那些在陽極中的通孔，而只有一個(gè)在中心的通孔26。并且如果這個(gè)元件用于液相反應(yīng)，不能維持電解液的順利流動(dòng)，不能實(shí)現(xiàn)有效的電解。除了用于臭氧水的制備領(lǐng)域，本發(fā)明還能用于以下領(lǐng)域。I.廢水或廢液處理I)電解氨化合物作為一種氨分解方法，所述氨包含在家庭廢水、畜牧業(yè)廢液，漁業(yè)廢水和某些工業(yè)廢水中，電解是公知有效的。例如，NPLl中公開的工藝，其中添加支持電解質(zhì)，如氯化鈉，硫酸鈉，以有效地促進(jìn)電解。然而，通過使用本發(fā)明的膜-電極組件作為第三方組件，所述膜-電極組件具有插入陽極和陰極之間的固體聚合物電解質(zhì)膜，可以在不添加這些的電解質(zhì)作為第三成分的情況下進(jìn)行處理。在這些應(yīng)用中，本發(fā)明的膜-電極組件的其他結(jié)構(gòu)特征對(duì)涉及實(shí)際電解池也是有效的。2)處理含有機(jī)物質(zhì)的廢水 多個(gè)涉及含有機(jī)物質(zhì)的廢水處理的電解處理系統(tǒng)的應(yīng)用已見報(bào)道，但所有這些都用在不同于本發(fā)明的電解池結(jié)構(gòu)。比如，PTL12中提出了堆疊池(stack cell)。其假設(shè)液體流動(dòng)平行于電極表面，因此，它們的反應(yīng)均勻性和液動(dòng)效率低。此外，所提出的電解池，沒有應(yīng)用固體聚合物電解質(zhì)膜，在處理低電導(dǎo)率廢水時(shí)顯示出困難。PTL13中公開的方法應(yīng)用網(wǎng)狀電極并提出這樣一種結(jié)構(gòu)，在該結(jié)構(gòu)中，處理液在陽極和陰極之間通過，但由于液體最終從電解池的側(cè)面流出，宏觀流動(dòng)類似地平行于電極。在上面提到的情況下，沒有固體聚合物電解質(zhì)膜導(dǎo)致它也有同樣的缺點(diǎn)。此外，PTL14提出了一種去除方法，其通過電解處理含有難分解的物質(zhì)的原料水，所述難分解的物質(zhì)如芳族化合物、PCB和二噁英。此方法使用鐵酸鎳電極，建議在盡可能高的電流密度進(jìn)行電解操作，以獲得高的分解效率。通過使用由本發(fā)明的這種膜-電極組件以及這樣的陽極，例如，導(dǎo)電性金剛石陽極，可以實(shí)現(xiàn)高的電流密度。此外，由于使用了固體聚合物電解質(zhì)膜，即使當(dāng)處理導(dǎo)電性低的處理液時(shí)，在高電流密度的操作也是可能的。另夕卜，PTL15也提出了一種有機(jī)氯化合物如二噁英的電解去除方法。通過使用由本發(fā)明的應(yīng)用固體聚合物電解質(zhì)膜的膜-電極組件，不用添加電解質(zhì)水溶液，這有助于降低制備成本，并降低對(duì)環(huán)境的負(fù)荷。2.飲用水制備系統(tǒng)，其用于災(zāi)難時(shí)或用在發(fā)展中國(guó)家在災(zāi)害時(shí)或在發(fā)展中國(guó)家，從河流提供飲用水的需求很高。為此，已發(fā)展多種確保飲用水安全的技術(shù)，并已提交專利申請(qǐng)。PTL16中涉及一種工藝，該方法是將鹽加入到待處理的液體中，并通過電解形成的次氯酸鈉進(jìn)行消毒。然而，該方法中，具有這樣的問題1)結(jié)合的混合的光催化消毒的工藝很復(fù)雜，2)次氯酸鈉在水中保持相對(duì)長(zhǎng)的時(shí)間，和3)難以期望具有分解極其有害的有機(jī)氯化合物，如二噁英的效果。(注對(duì)于自來水的情況，處理和飲用之間可以保證一定的時(shí)間，其余的次氯酸鈉是沒有問題的，但是對(duì)于通常用于緊急情況的現(xiàn)場(chǎng)型機(jī)組，必須假設(shè)在處理后立即飲用)。典型的如由PTL17所描述的注射作為消毒劑的次氯酸鈉化合物的方法，具有類似的問題，并通過溶解的有機(jī)物的氯化而形成的有害物形成了額外的恐懼。臭氧形成后迅速分解且它的濃度降低到一個(gè)安全的飲用水平。3.電解合成電解合成通常用來制備特定化學(xué)物質(zhì)。在這個(gè)工藝中，當(dāng)原料水的電離度和電導(dǎo)率低時(shí)，添加酸或鹽作為支持電解質(zhì)。比如，PTL18中提出，當(dāng)使用羥基特戊醛(hydroxypivalaldehyde)和醇來電解合成輕基新戍酸酯時(shí),使用中性鹵化物作為支持電解質(zhì)。通過這種添加法，據(jù)報(bào)道，電解效率得到改善，但支持電解質(zhì)留在了產(chǎn)品中。此外，該工藝變得復(fù)雜，導(dǎo)致成本較高。如果使用應(yīng)用本發(fā)明的膜-電極組件的電解池，由于使用了固 體電解質(zhì)以接觸陽極和陰極，可以避免增加支持電解質(zhì)。對(duì)于電解合成的有機(jī)物質(zhì)，由本發(fā)明的膜-電極組件的其他結(jié)構(gòu)特性也是有效的。引用文獻(xiàn)列表專利文獻(xiàn)PTL I :專利 A 1999-269686PTL 2 :專利 A 2005-336607PTL 3 :專利 A 1997-157900PTL 4 :專利 A 1998-130876PTL 5 :專利 A 2004-060010PTL 6 :專利 A 2002-173789PTL 7 :專利 A 2005-177671PTL 8 :專利 A 2008-150665PTL 9 :專利 A 2004-285374PTL 10 :專利 A 2008-279341PTL 11 :專利 A 1999-131276PTL 12:專利 A 2006-281013PTL 13 :專利 A 2002-531704PTL 14 :專利 A 2003-126860PTL 15 :專利 A 2004-305290PTL 16 :專利 A 2010-064045PTL 17 :專利 A 2009-262079PTL 18 :專利 A 1994-73584非專利文獻(xiàn)NPL I iiBasic Study of Electrochemical Treatment of AmmoniumNitrogen-containing wastewater using Diamond Anode”，Technical Journal ofSumitomo Electric Ld.
發(fā)明簡(jiǎn)介技術(shù)問題本發(fā)明的目的在于解決上述常規(guī)方法的問題和提供一種膜-電極組件、使用該組件的電解池、制備臭氧水的方法和裝置、消毒方法以及廢水或廢液處理方法，其中原料水從電解池的入口進(jìn)入并在不改變流動(dòng)方向的情況下立即到達(dá)兩個(gè)電極的表面，在其中發(fā)生電 解反應(yīng)；含有臭氧的水迅速排出到電解池外，并因而可以以高效率制備臭氧水；可以設(shè)計(jì)一種緊湊的裝置，其在流動(dòng)路徑中具有最小化的壓力損失，并保持其制備能力；并且以較低的成本提供高效率的制備。解決方案本發(fā)明的膜-電極組件包括由陽離子交換膜制備的固體聚合物電解質(zhì)膜，以及分別牢固地粘附至所述固體聚合物電解質(zhì)膜的兩個(gè)表面的陽極和陰極。在所述陽極、所述固體聚合物電解質(zhì)膜和所述陰極的整個(gè)表面上，設(shè)置復(fù)數(shù)個(gè)直徑O. Imm或更大的通孔穿過這三個(gè)部件以組成所述膜-電極組件。作為本發(fā)明的膜-電極組件的陽極催化劑，適用的有導(dǎo)電金剛石、二氧化鉛、貴金屬以及貴金屬氧化物。此外，本發(fā)明提供在陽極和陰極裝配有載流元件的電解池。本發(fā)明所述的電解池可以是具有復(fù)數(shù)個(gè)膜-電極組件的堆疊結(jié)構(gòu)，從而使載流部件僅裝配至位于所述堆疊各端的陽極和陰極。本發(fā)明提供了一種臭氧水制備裝置，其裝配有在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上供給原料水的裝置，其設(shè)置在組成所述電解池的陽極或陰極中的一個(gè)元件上；和在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上排出電解池產(chǎn)生的臭氧水的裝置，其設(shè)置在所述陽極和所述陰極中的另一元件上。此外，本發(fā)明的臭氧水制造裝置可以這樣構(gòu)成，其在組成所述電解池的陽極上配置在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上的供給原料水的裝置；并在所述陰極上配置在相對(duì)陽極、固體電解質(zhì)膜和陰極的各表面成直角方向或傾斜方向上排出由電解池產(chǎn)生的臭氧水的對(duì)流引導(dǎo)管；并且所述電解池置于處理液罐中，以便通過與在陰極和陽極產(chǎn)生的氫、氧和臭氧氣體相關(guān)的自然對(duì)流進(jìn)行操作。作為本發(fā)明的臭氧水制備裝置，電解池也可以安裝至自來水的龍頭或類似種類的非純水排出口。此外，本發(fā)明提供了一種使用所述電解池的臭氧水制備方法，其中使原料水在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面成直角方向或傾斜方向上從所述陽極或所述陰極通過以產(chǎn)生臭氧水。本發(fā)明的臭氧水制備方法可通過使用電解池產(chǎn)生臭氧水，其中使用含有痕量堿金屬離子或堿土金屬離子的水作為原料水，原料水從陽極側(cè)供應(yīng)至陰極側(cè)，并在相對(duì)陽極、固體電解質(zhì)膜和陰極的各表面成直角方向或傾斜方向上通過，從而防止氫氧化物的沉淀在陰極和膜上沉積。另外，本發(fā)明提供了一種消毒方法，該方法使用所述臭氧水制備法所產(chǎn)生的臭氧水對(duì)水進(jìn)行消毒處理。此外，通過本發(fā)明的消毒方法，可以使用所述電解池對(duì)處理水進(jìn)行消毒，其中將處理水用作原料水，在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面成直角方向或傾斜方向上使處理水流過所述陽極或所述陰極中的任一個(gè)。
此外，本發(fā)明提供了一種使用由臭氧水制備方法產(chǎn)生的臭氧水的廢水或廢液處理方法。此外，本發(fā)明的廢水或廢液處理可以使用電解池對(duì)廢水或廢液處理，其中將廢水或廢液用作原料水，通過在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面成直角方向或傾斜方向上使廢水或廢液從所述陽極或所述陰極中任一個(gè)流過。在本發(fā)明中，臭氧水是含有的臭氧作為主要元素的電解產(chǎn)物，通過使用本發(fā)明的電解池電解純水、自來水等，待消毒的處理水，廢水或廢液等來獲得。其中所述的臭氧水也可以是含臭氧的水，其中含有除臭氧氣體之外的OH自由基、氧自由基如超氧陰離子、過氧化氫和其他氧化劑。作為臭氧水的一種作用，臭氧氣體本身成為低pH值(酸)的環(huán)境以及高pH值(堿性)環(huán)境氧化的重要角色，臭氧氣體分解，然后形成占主導(dǎo)地位的OH自由基，并且氧化作用進(jìn)一步變強(qiáng)，即使總氧化物當(dāng)量是相同的。有益效果根據(jù)本發(fā)明的電解池的膜-電極組件，以及使用該膜-電極組件的電解池，所述膜-電極組件構(gòu)造有設(shè)置在陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜以及陰極的整個(gè)表面上的復(fù)數(shù)個(gè)通孔，所述通孔具有O. Imm或更大的直徑。因此，與常規(guī)的電解池相比，隨著時(shí)間推移的電壓上升較小，使用壽命非常長(zhǎng)，維護(hù)成本降低，以及因?yàn)榈偷碾娊怆妷憾构β氏目s減。本發(fā)明所述的臭氧水制備方法以及臭氧水制備裝置具有I)當(dāng)從陽極側(cè)供給原料水時(shí)，在電解池的陽極側(cè)產(chǎn)生的臭氧水流過設(shè)置在陽極和固體高分子電解質(zhì)膜中的多個(gè)通孔，迅速到達(dá)陰極側(cè)，在這個(gè)過程中，一部分臭氧分解，導(dǎo)致在陰極上形成OH自由基，并顯示很強(qiáng)的氧化作用。另一方面，當(dāng)原料水從陰極側(cè)供給時(shí)，電解池的陽極側(cè)產(chǎn)生的臭氧水直接排出到外部系統(tǒng)而不接觸陰極，因此，可以產(chǎn)生高濃度的臭氧水。2)在不改變流動(dòng)方向的情況下，從本發(fā)明電解池的陽極或陰極的孔進(jìn)入的原料水緊接著到達(dá)所述陽極和所述陰極中的一個(gè)電極的表面，這是電解反應(yīng)位點(diǎn)。然后，在得到電解反應(yīng)產(chǎn)物或分解產(chǎn)物之后，在一個(gè)短的時(shí)間內(nèi)，原料水流過所述固體聚合物電解質(zhì)膜和所述陽極和陰極中另一個(gè)電極表面的孔排出到電解池的外部，因此，根據(jù)本發(fā)明，臭氧水可以高效率地生產(chǎn)。同時(shí)，陽極得到的電解反應(yīng)產(chǎn)物或分解產(chǎn)物也可以在高效率地生產(chǎn)，前提是，原料水從電解池的陽極側(cè)供給，使用還原離子的陰極材料，其中已經(jīng)在固體聚合物電解質(zhì)膜中經(jīng)過電泳，也就是說，氫形成反應(yīng)優(yōu)先在其上發(fā)生，并且作為結(jié)果，在陰極的臭氧分解受到抑制。3)如果原料水自電解池的陽極供給，臭氧水通過陽極立即流入陰極側(cè)，然后平順且迅速地排出到電解池外部。因此，得到包含剛形成的活性臭氧氣體的陰極電解液，并保持相對(duì)高的電勢(shì)。在使用含有痕量堿金屬離子或堿土金屬離子的水的情況下，這可以最大限度地減少氫氧化物沉淀。在使用這樣的水作為原料時(shí)，氫氧化物沉淀被認(rèn)為是臭氧水制備方法的麻煩。4)由于在現(xiàn)有流體管路的中間或端部，本發(fā)明的臭氧水制備裝置可以在縱向上布置在一個(gè)非常小的寬度內(nèi)，因而可以最小化管道的壓降，允許緊湊和小型的設(shè)備設(shè)計(jì)。此夕卜，包括陽極，陰極，和固體聚合物電解質(zhì)膜的單元(膜-電極組件)可以，根據(jù)需要，多個(gè)單元堆疊構(gòu)成電解池。這種通過堆疊結(jié)構(gòu)容易地?cái)U(kuò)展設(shè)備產(chǎn)能的性質(zhì)也使得可以在不犧牲產(chǎn)能的情況下進(jìn)行更緊湊的設(shè)計(jì)。這項(xiàng)功能有助于在改型一個(gè)公共的自來水線的情況下，商業(yè)化的設(shè)計(jì)小尺寸單元的臭氧水制備裝置。5)本發(fā)明的臭氧水制備裝置也適合作為一個(gè)接入型單元(throw-in type unit),這是一個(gè)裝配在充滿水的容器中的易于拆卸和配備的便攜式電解池。水可以通過結(jié)合在所述單元的泵循環(huán)；或利用自然對(duì)流實(shí)現(xiàn)水的循環(huán)，自然對(duì)流由上升的臭氧氣體以及與電解形成該臭氧氣體同時(shí)生成的氧氣和氫氣誘發(fā)，所述電解是利用一個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化，實(shí)際上有效的接入型單元，該單元具有這樣的結(jié)構(gòu)，電解池配備敞開的入口和出口，并且對(duì)流誘導(dǎo)管安裝于所述單元的出口側(cè)，通過對(duì)流誘導(dǎo)管，原料水在平行于重力方向流動(dòng)。6)此外，通過與現(xiàn)有技術(shù)相結(jié)合，本發(fā)明的臭氧水的制備方法和臭氧水制備裝置可以擴(kuò)大在各種應(yīng)用中的的實(shí)際使用范圍。其中一個(gè)例子是如下由于臭氧很容易在水中分解，隨著時(shí)間的推移，其濃度急劇下降；為了延長(zhǎng)臭氧水使用壽命，提出一種納米氣泡的臭氧水的制備系統(tǒng)。(專利A2005-246293)這種類型的制備系統(tǒng)結(jié)合使用，例如，作為由本發(fā)明的臭氧水制備裝置的一部分的超聲波發(fā)生器。在這種情況下，如果陰極或陽極用作超聲波傳導(dǎo)板，該功能可以在不犧牲裝置的尺寸優(yōu)勢(shì)的情況下獲得。
7)作為一種穩(wěn)定地獲得臭氧水的方法，提出在原料水或生成的臭氧水中溶解二氧化碳?xì)怏w。(專利A 2003-117570等)如果結(jié)合本發(fā)明的臭氧水的制備方法和臭氧水制備裝置，這樣的系統(tǒng)可以容易地開發(fā)。此外，根據(jù)本發(fā)明的消毒方法，可以高效率的獲得臭氧水，以及可以有效地消毒處理水。假如處理水加入電解池，處理水通過膜-電極組件的通孔，水，在結(jié)構(gòu)上不可避免地，接觸高度酸性的陽極反應(yīng)表面和固體聚合物電解質(zhì)膜，在其上細(xì)菌被大大殺傷，并且通過使陽極液中的臭氧水接觸陰極而形成的具有強(qiáng)氧化作用的OH自由基，不可避免地提供了強(qiáng)大的殺菌作用。此外，本發(fā)明的電解池，其具有高功效和小尺寸設(shè)計(jì)特性，最適合于用于發(fā)展中國(guó)家或?yàn)?zāi)害現(xiàn)場(chǎng)的緊湊而可攜帶的飲用水消毒裝置。根據(jù)本發(fā)明的廢水或廢液處理方法，除了通過普通的臭氧水的氧化作用外，還通過使陽極液中的臭氧水接觸陰極而形成的具有強(qiáng)氧化作用的OH自由基，有效并均勻地處理該處理水。另外，本發(fā)明的膜-電極組件可以容易地配置為多個(gè)堆疊(stack)，實(shí)現(xiàn)高效的處理系統(tǒng)。本發(fā)明的電解池配置允許電解液體和處理水，在相同條件下，幾乎同時(shí)地且均勻地通過電極的邊界表面、反應(yīng)位點(diǎn)和固體電解質(zhì)，導(dǎo)致實(shí)現(xiàn)更高的處理效率。


圖I是本發(fā)明電解池的一個(gè)實(shí)施方案。圖2-1是本發(fā)明臭氧制備系統(tǒng)的一個(gè)實(shí)施方案的剖視圖。圖2-2是本發(fā)明臭氧制備系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的示意圖。圖3是本發(fā)明的電解式臭氧制備系統(tǒng)的另一實(shí)施方案的圖。圖4是本發(fā)明的電解式臭氧制備系統(tǒng)的又一實(shí)施方案的圖。圖5是本發(fā)明的電解式臭氧制備系統(tǒng)的又一實(shí)施方案的圖。圖6是實(shí)施例22和比較例3的電解時(shí)間-電解電壓曲線。圖7是實(shí)施例23和參考例I的電解時(shí)間-電解電壓曲線。圖8示出了比較例中使用的電解池。圖9是比較例中使用的臭氧還原(reduction)系統(tǒng)的剖視圖。
圖10是實(shí)施例26和比較例5之間的除色效果差異的曲線。
具體實(shí)施例方式下面參考圖I說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式。圖I示出了在本發(fā)明中所使用的臭氧水制備方法和臭氧水制備裝置的一個(gè)實(shí)施方式。在電解槽8中，陽極I牢固地粘附至含有陽離子交換膜的固體聚合物電解質(zhì)膜3的一側(cè)，所述陽極包括產(chǎn)生臭氧的陽極催化劑，其沉積在特定形狀和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)上；并在所述陽極I的前面，設(shè)置載流部件4。陰極2牢固地粘附至含有陽離子交換膜的固體聚合物電解質(zhì)膜3的另一側(cè)，所述陰極包括產(chǎn)生氫的陰極催化劑，其沉積在特定形狀和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)上；并在所述陰極2的前面，設(shè)置載流構(gòu)件5。在陽極I、陰極2和固體聚合物電解質(zhì)膜3的 整個(gè)表面上，設(shè)置多個(gè)穿過這些元件的通孔，所述通孔具有O. Imm或更大的直徑。載流部件
4和5分別連接到電源線6和7。通孔11的數(shù)量越多，必須至少有兩個(gè)，就增加越多的陽極/固體聚合物電解質(zhì)膜界面的暴露面積，該面積就是臭氧產(chǎn)生區(qū)域。然而，為了最大限度地發(fā)揮本發(fā)明的作用，通孔11的直徑應(yīng)該是O. Imm或更多，因?yàn)樘〉目讓⒃黾铀耐ǖ缆纷枇?，而孔的?shù)量應(yīng)盡可能多以保證水流平穩(wěn)。通孔11的直徑優(yōu)選在1-5毫米的范圍內(nèi)。膜-電極組件8’是這樣一種構(gòu)造，陽極I牢固地粘附至含有陽離子交換膜的固體聚合物電解質(zhì)膜3的一側(cè)，所述陽極包括產(chǎn)生臭氧的陽極催化劑，其沉積在特定形狀和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)上；陰極2牢固地粘附至含有陽離子交換膜的固體聚合物電解質(zhì)膜3的另一側(cè)，所述陰極包括產(chǎn)生氫的陰極催化劑，其沉積在特定形狀和性質(zhì)的結(jié)構(gòu)上。要求多個(gè)通孔11形成在陽極I、陰極2和固體聚合物電解質(zhì)膜3的整個(gè)表面上，并通過通孔11，使原料水和電解產(chǎn)物從陽極側(cè)移動(dòng)到陰極側(cè)，或從陰極側(cè)移動(dòng)到陽極側(cè)。為了使原料水和電解產(chǎn)物平滑地從陽極側(cè)運(yùn)動(dòng)到陰極側(cè)，或從陰極側(cè)運(yùn)動(dòng)到陽極側(cè)，陽極I、陰極2和固體聚合物電解質(zhì)膜3的通孔11優(yōu)選設(shè)置在相同的位置，但是，除非原料水和電解產(chǎn)物的移動(dòng)受到干擾，該區(qū)域不要求是彼此相同的。比如，當(dāng)陽極I和陰極2由網(wǎng)狀物制成時(shí)，固體聚合物電解質(zhì)膜3允許具有與作為陽極I和陰極2的網(wǎng)狀物的一些開放部分連通的通孔。圖2-1和圖2-2示出了本發(fā)明的臭氧水的制備方法和臭氧水制備裝置的一個(gè)實(shí)施方式。電解池8連接常用于電解操作的直流電源。陽極室9設(shè)置在陽極I的前面，陰極室10設(shè)置在陰極2的前面，管12供應(yīng)原料水到電解池8的陽極室9 ;管13從電解池8的陰極室10排出電解產(chǎn)生的臭氧水，入口 14供應(yīng)原料水到電解池8的陽極室9，和出口 15電解從電解池8的陰極室10中排出臭氧水。在圖2-1和圖2-2中，多個(gè)具有O. Imm或更大直徑的通孔11通過構(gòu)成電解池8的陽極I、固體聚合物電解質(zhì)膜3和陰極2 ;原料水入口 14和原料水供給管12在相對(duì)所述陽極I、所述固體電解質(zhì)膜3和所述陰極2的各表面成直角方向或傾斜方向上連接到陽極室9 ;臭氧水出口 15和排放臭氧水的出口管13連接到陰極室10，其以直角方向或傾斜方向運(yùn)行。對(duì)于電解池8，載流部件4和5可以直接連接到原料水供給管12和臭氧水排放管13，而不需提供陽極室9、陰極室10、原料水入口 14以及臭氧水出口 15。
電解池8可以安裝在相對(duì)原料水流傾斜的方向上，而不是直角方向。當(dāng)在傾斜方向安裝時(shí)，電解面積變寬，進(jìn)一步提高電流效率和臭氧產(chǎn)率。圖3示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施方式，其假設(shè)是小生產(chǎn)容量的電解裝置。與固體聚合物電解質(zhì)膜3接觸的陽極I的電解表面外周被加工成環(huán)形的區(qū)域限制環(huán)16所覆蓋，該環(huán)包含不具有離子交換能力的含氟聚合物薄膜，以將陽極I的有效電解表面限定在中央部分。采用這種結(jié)構(gòu)，尤其是在低電流和水體積比較大的區(qū)域，可以獲得高電流效率。作為原料水，可以使用純水、自來水或者含有少量氯或次氯酸鈉的水。值得推薦的是，正常情況下，原料水從陽極側(cè)引入，電解產(chǎn)生的臭氧水從陰極側(cè)排出。當(dāng)以純水為原料水時(shí)，純水也可從陰極側(cè)引入，并且電解產(chǎn)生的臭氧水從陽極側(cè)排出。對(duì)電解池8來說，可以堆疊多個(gè)膜-電極組件8，以配置成堆疊結(jié)構(gòu)的電解池。如果陽極/固體聚合物電解質(zhì)膜/陰極的基本組件(cell assembly),作為一個(gè)單元,構(gòu)成類似前面述及的雙層結(jié)構(gòu)的電解池，將獲得提高的臭氧濃度和電流效率。將膜-電極組件8’ 配置成雙層結(jié)構(gòu)，會(huì)使所需的電解電壓超過兩倍，但是得到的臭氧水濃度提高57-67%。由于膜-電極組件8’是薄層結(jié)構(gòu)，多層堆疊配置成的電解池幾乎與非堆疊池具有相同的尺寸。當(dāng)使用含痕量堿金屬離子或堿土金屬離子的原料水如自來水時(shí)，有必要使原料水入口 14和原料水入口供應(yīng)管12相對(duì)所述陽極I、固體聚合物電解質(zhì)膜3和陰極2的各表面以直角方向或傾斜方向連接到陽極室9，以使原料水從陽極流向陰極，并且電解產(chǎn)生的臭氧水出口 15和臭氧水出口管13以直角方向或傾斜方向連接到陰極室10，以使原料水從陽極側(cè)流向陰極側(cè)。采用這種配置，陰極2以及固體聚合物電解質(zhì)膜3上的氫氧化物沉淀的沉積能夠得到抑制。圖4是本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，電源線6和7連接電解池8 ;對(duì)流引導(dǎo)管17以直角方向或傾斜方向設(shè)置在電解產(chǎn)生的臭氧水的出口 15上；以及電解池8置于處理槽18中。根據(jù)這個(gè)裝置，電解池可以通過自然對(duì)流操作，所述自然對(duì)流與陰極2和陽極I上逸出的氫氣，氧氣和臭氧氣體有關(guān)，不需如電泵的功能機(jī)制。而且，如果在電池池8中設(shè)置內(nèi)建的電池代替電源線6和7，可以進(jìn)一步提高便攜性。圖5是本發(fā)明的又一個(gè)實(shí)施例，涉及安裝在自來水龍頭或相同類型的非純水出口上的電解池8。通過相對(duì)所述陽極I、固體聚合物電解質(zhì)膜3和陰極2的各表面以直角方向或傾斜方向使原料水從陽極室9和陰極室10中任一個(gè)通過本發(fā)明的電解池8而制備臭氧水。由于本發(fā)明的電解池8能夠以縱向上非常小的寬度安裝在流體管道的中間，因而可能最小化通道壓降以及設(shè)計(jì)緊湊的系統(tǒng)。作為用于在電解池8的陽極I的陽極催化劑，建議使用導(dǎo)電金剛石電極。導(dǎo)電金剛石電極提供了卓越的應(yīng)用通用性，與高貴的金屬電極或貴金屬化合物電極相比，并且不同于二氧化鉛電極，它會(huì)以更高的效率產(chǎn)生臭氧，其在操作停止并閑置后能保持其電化學(xué)活性而不對(duì)環(huán)境產(chǎn)生任何負(fù)擔(dān)。金剛石，其中導(dǎo)電性可以通過摻雜控制，被視為是一種很有前途的電極材料。金剛石電極具有極寬的電位窗口和高的氧形成反應(yīng)活化過電壓，除了氧之外，還報(bào)告了由氧基反應(yīng)生成臭氧(日本專利A 1999-269686)。如果鉭，鈮，鈦，鋯和硅或它們的合金，其在處理水中形成了穩(wěn)定的鈍化膜，被用作陽極基板，所述陽極則不需用金剛石催化劑完全覆蓋。即使基體的某些部分是暴露的，它不會(huì)引起顯著的障礙。一種代表性的熱絲CVD法描述如下。烴類氣體，如甲烷或有機(jī)物質(zhì)如醇作為碳源與氫氣一起供給到CVD室，加熱燈絲，在還原氣氛中，保持在1800-2400攝氏度，在該溫度范圍內(nèi)，碳自由基形成。電極基體暴露于溫度范圍內(nèi)(750-950攝氏度)，在其中金剛石沉淀。烴類氣體的濃度為氫的O. I 一 10% (體積)，在20hPa-101 3hPa(l個(gè)大氣壓)的壓力下。微量添加一種不同化合價(jià)的元素對(duì)金剛石獲得期望的導(dǎo)電性是必不可少的。優(yōu)選的硼B(yǎng)或磷P的含量是l-100000ppm，更優(yōu)選100-10000ppm。作為原料化合物，可用三甲基硼(CH3) 3B,但毒性較低的三氧化二硼B(yǎng)2O3,或五氧化二磷P2O5也是適用的。作為本發(fā)明的電極基體，板，顆粒，纖維，棒，和多孔板等形狀都可以使用。由于用于電解池8的陰極2的陰極反應(yīng)主要產(chǎn)生氫，電極催化劑容易地不受氫脆的影響，優(yōu)選自鉬族金屬，鎳，不銹鋼，鈦，鋯，鑰，鎢，硅，金，銀，碳，金剛石和各種金屬碳化物組成的組。作為陰極2的陰極基體，適用的材料限于不銹鋼，鋯，碳，鎳，鈦，鑰，鎢，硅和它們的碳化物。由于本發(fā)明的單元與含有氧化劑如臭氧水接觸，電極基板的材料應(yīng)具有優(yōu)異的耐氧化性。不銹鋼或鎳制成的電極基體也是適于作為電極催化劑。作為電解池8的固體聚合物電解質(zhì)膜3，可以廣泛地應(yīng)用公知的陽離子交換膜材料，尤其是具備優(yōu)異的化學(xué)穩(wěn)定性的含有磺酸基的全氟磺酸型陽離子交換膜是最適合的?？紤]到催化反應(yīng)等，作為陽極催化劑，適當(dāng)?shù)牟牧线x自導(dǎo)電金剛石，無定形碳，石墨，二氧化鉛，貴金屬和貴金屬氧化物。通過簡(jiǎn)單地更換電極，本發(fā)明的膜-電極組件可以調(diào)整適于各種應(yīng)用，如有機(jī)電解質(zhì)的合成，有機(jī)氯化合物包括二惡英的分解，廢液處理，在發(fā)展中國(guó)家處理河水以飲用，和臭氧水的制備。本發(fā)明的消毒方法中，下面的操作也是可能的。純水，自來水等被用作原料水以通過本發(fā)明的電解池產(chǎn)生臭氧水，然后，通過使用所產(chǎn)生的臭氧水，消毒待處理水。另外，作為本發(fā)明的另一種消毒方法，代替純水、自來水等原料水，待處理的含有細(xì)菌的流體作為電解液直接供給本發(fā)明電解池進(jìn)行直接電解。當(dāng)穿過膜-電極組件的通孔時(shí)，流體接觸高度酸性的陽極反應(yīng)表面和固體聚合物電解質(zhì)膜，同時(shí)產(chǎn)生臭氧水進(jìn)而消毒。此外，本發(fā)明的廢水或廢液處理方法中，以純水、自來水等作為原料水，通過本發(fā)明電解池制備臭氧水，然后用所產(chǎn)生臭氧水處理廢水或廢物。另外，作為本發(fā)明的另一種廢水或廢液處理方法，待處理的廢水或廢液作為電解質(zhì)直接供給本發(fā)明的電解池來直接電解，而不是純水，自來水，等作為原料水，使得包含的化合物分解成低分子量化合物，并用同時(shí)產(chǎn)生的臭氧水進(jìn)行處理。實(shí)施例下面介紹本發(fā)明的實(shí)施例，但是本發(fā)明并不限于這些實(shí)施例。實(shí)施例1-8圖I所示的電解池8和圖2-1以及圖2-2所示的臭氧水制備裝置以下面的方式構(gòu)建。通過在直徑25mm,厚3mm的銀盤上涂覆約9. 6g/m2 (重量每單位面積)的硼摻雜的金剛石(BDD)涂層制備陽極，作為基體，其具有31個(gè)直徑3mm的孔，所述孔的配置如圖I所示；陰極由SUS304盤制備，其加工成與陽極相同的形狀，且其兩個(gè)表面上用達(dá)到# 1000的砂紙打磨處理；在陽極和陰極之間，插入固體聚合物電解質(zhì)膜構(gòu)成該裝置一個(gè)基本的單元組件，所述固體聚合物電解質(zhì)膜是由市售的全氟磺酸型陽離子交換膜(商品名Nafion350,由Du Pont注冊(cè)商標(biāo))制備，其被切成25mm直徑，如同所述電極，具有31個(gè)直徑3_的孔。包含這種結(jié)構(gòu)的單元組件，合并在一個(gè)塑料殼體中構(gòu)成電解池，通過設(shè)置在所述陽極和所述陰極的兩端的純鈦制成的載流部件向其中供電。兩個(gè)電極與固體聚合物電解質(zhì)膜之間的粘附程度影響電解裝置的臭氧形成性能，因此，M30螺釘在電解池的一端以5Nm的轉(zhuǎn)矩被牢固地?cái)Q緊，以確保一定程度的壓力。電解池因而具有這樣的性能，其尺寸緊湊，待電解的流體的內(nèi)部流路是直的，最小化壓力損失和安裝到現(xiàn)有的管道是很容易的。作為原料水，保持在20攝氏度的純水(DI水)以恒定的流速?gòu)年枠O側(cè)被引入到電解池。使用直流恒定電流的裝置供給恒定電流，電極之間的電壓(電解電壓)由電壓表監(jiān)視。表I示出了所施加的原料水的流速和電流值。電解臭氧水的臭氧濃度由硫酸酸度、碘-硫代硫酸鹽滴定法測(cè)定，該方法基于“Measuring Methods of OzoneConcentration (issued March 1994) ” -由日本臭氧協(xié)會(huì)制定的臨時(shí)標(biāo)準(zhǔn)測(cè)量方法-測(cè)量的樣品以恒定的體積取自電解池出口水，并且在電解開始5分多鐘(5-odd minutes)后，電解槽操作條件已穩(wěn)定的情況下取水。試圖正確評(píng)價(jià)本電解裝置的性能，在多個(gè)層次上進(jìn)行 了電解測(cè)試，范圍1. 67A-3. 88A的電流值，170ml/min. -320ml/min的流速。逆轉(zhuǎn)水供給方向，從陰極側(cè)進(jìn)料也進(jìn)行了測(cè)試。結(jié)果如表I中所總結(jié)。所生成臭氧水的臭氧濃度是如下的參數(shù)該參數(shù)支配臭氧水消毒或清潔的效果，并根據(jù)應(yīng)用需要濃度在一定范圍內(nèi)。如根據(jù)應(yīng)用，所生成的臭氧水的濃度超過應(yīng)用所需要的水平，它可以容易地調(diào)整，例如通過增加水的流速。一般，就設(shè)備能力而言，所形成臭氧水的臭氧濃度更高是優(yōu)選的。從總結(jié)在表I中測(cè)試結(jié)果可以明確。I)獲得的臭氧濃度為2. 9ppm到6. 2ppm。2)從實(shí)施例I和實(shí)施例2之間或?qū)嵤├?，4和5之間的比較，可知，在相同的流速下，得到的臭氧濃度隨著電流值的增加而增加。3)從實(shí)施例I和實(shí)施例3之間或?qū)嵤├?和實(shí)施例5之間的比較,可知隨著流速的增加得到的臭氧濃度降低。4)關(guān)于水的進(jìn)給方向，在其他條件是相同的情況下，實(shí)施例I中的陽極側(cè)進(jìn)料得到的臭氧濃度相比實(shí)施例7中的從陰極側(cè)進(jìn)料高一點(diǎn)。5)如之前所述，臭氧生成反應(yīng)與氧形成反應(yīng)是競(jìng)爭(zhēng)性的，因此各自的電流效率(反映臭氧和氧氣的形成率)將是比較電解裝置的性能的參數(shù)。在實(shí)施例1-8的電解條件下，臭氧形成的電流效率范圍是5. 4%至8. 8%。當(dāng)電流效率在可比條件下的實(shí)例中比較時(shí)，所述可比條件與上面描述的臭氧濃度分析類似，測(cè)得的電流效率隨電流增加而下降，隨著流速的增加而明顯增加。表I.純水電解-標(biāo)準(zhǔn)電解池(單層堆疊)測(cè)試
權(quán)利要求
1.一種膜-電極組件，包括 固體聚合物電解質(zhì)膜，其包含陽離子交換膜， 陽極和陰極，它們分別牢固地粘附至固體聚合物電解質(zhì)膜的表面， 其中，多個(gè)直徑O. I毫米或更大的通孔設(shè)置在所述陽極、所述固體聚合物電解質(zhì)膜和所述陰極的整個(gè)表面上，并穿過這些元件。
2.如權(quán)利要求I所述的膜-電極組件，其中，導(dǎo)電金剛石，二氧化鉛，貴金屬和貴金屬化合物用作所述陽極的陽極催化劑。
3.電解池，其中，在權(quán)利要求I或2所述的膜-電極組件的陽極和陰極上設(shè)置載流部 件。
4.電解池，其中，用復(fù)數(shù)個(gè)根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的膜-電極組件與設(shè)置在所述陽極和所述陰極上的載流部件進(jìn)行堆疊。
5.臭氧水制備裝置，其中，在根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電解池的陽極和陰極中的一個(gè)上，設(shè)置有在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上的原料水供給機(jī)構(gòu)；以及在所述陽極和陰極的另一個(gè)上，設(shè)置有在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上的用于排出電解池制備的臭氧水的機(jī)構(gòu)。
6.臭氧水制備裝置，其中，在根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電解池的陽極上，設(shè)置有在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上的原料水供給機(jī)構(gòu)；在所述陰極上，設(shè)置有在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上的用于排出所述電解池產(chǎn)生的臭氧水的對(duì)流引導(dǎo)管；并且所述電解池置于處理液槽中，以使所述電解池通過自然對(duì)流進(jìn)行操作，該自然對(duì)流與在所述陰極和陽極處產(chǎn)生的氫氣、氧氣和臭氧氣體相關(guān)。
7.臭氧水制備裝置，其中，根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的電解池安裝在自來水的龍頭上或類似類型的非純水的排出口上。
8.使用權(quán)利要求3或4所述的電解池制備臭氧水的方法，其中，原料水在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上從陽極或陰極通過。
9.使用權(quán)利要求3或4所述的電解池制備臭氧水的方法，其中，使用含有痕量堿金屬離子或堿土金屬離子的水作為原料水，所述原料水從陽極側(cè)供給至陰極側(cè)，并在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上通過，以使所述陰極和所述膜上的氫氧化物沉淀的沉積受到限制。
10.使用由權(quán)利要求8或9的臭氧水制備方法制備的臭氧水對(duì)處理水進(jìn)行消毒的消毒方法。
11.使用由權(quán)利要求8或9的臭氧水制備方法制備的臭氧水處理廢水或廢液的廢水或廢液處理方法。
12.消毒方法，其中，使用權(quán)利要求3或4所述的電解池以及使用待消毒的處理水作為原料水，所述處理水在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上從所述陽極或所述陰極通過而進(jìn)行消毒。
13.廢水或廢液處理方法，其中，使用權(quán)利要求3或4所述的電解池以及使用廢水或廢液作為原料水，所述廢水或廢液在相對(duì)陽極、固體聚合物電解質(zhì)膜和陰極的各表面呈直角方向或傾斜方向上從所述陽極或所述陰極通過而進(jìn)行處理。
全文摘要
本發(fā)明提供一種膜-電極組件、使用該組件的電解池、制備臭氧水的方法和裝置、消毒方法以及廢水或廢液處理方法，通過使用該它們，以高效率制備在陽極得到的電解反應(yīng)產(chǎn)物或分解產(chǎn)物；通道的壓降被最小化，且在不會(huì)犧牲生產(chǎn)容量的情況下，裝置被設(shè)計(jì)成具有緊湊的尺寸。本發(fā)明涉及一種膜-電極組件，其包括固體聚合物電解質(zhì)膜，所述膜具有陽離子交換膜，陽極和陰極，它們分別牢固地粘附至固體聚合物電解質(zhì)膜的表面，在所述陽極、所述固體聚合物電解質(zhì)膜和所述陰極的整個(gè)表面上具有復(fù)數(shù)個(gè)通過這些元件的直徑0.1毫米或更大的通孔；使用該膜-電極組件的電解池；制備臭氧水的方法和裝置；消毒方法；和廢水或廢液處理方法。
文檔編號(hào)C02F1/467GK102869615SQ201080066520
公開日2013年1月9日 申請(qǐng)日期2010年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者新田英郎, 細(xì)沼正志 申請(qǐng)人:阿庫(kù)亞愛克斯公司, 培爾梅烈克電極股份有限公司