專利名稱：一種臭氧和氧氣發(fā)生裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及用電化學(xué)獲取臭氧O3與氧氣O2的裝置領(lǐng)域，特別涉及應(yīng)用膜技術(shù)電解去離子水產(chǎn)生臭氧O3與氧氣O2領(lǐng)域。
專利2(未能查到專利號(hào))為了克服專利1液相通道體積過大，造成陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板與陰極反應(yīng)介質(zhì)相互接觸的界面面積過小，降低了氫原子表面轉(zhuǎn)化速度，同時(shí)為了降低成本，特在專利1的基礎(chǔ)上進(jìn)行了以下改進(jìn)如圖4所示，將與陰極反應(yīng)介質(zhì)接觸的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板面上所設(shè)置的液相轉(zhuǎn)移通道改為線狀液相轉(zhuǎn)移通道(21)(見圖4)，有效地增加了陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板與陰極反應(yīng)介質(zhì)相互接觸界面即圖4中陰極接觸界面(20)的面積，提高了氫原子表面轉(zhuǎn)化速度。但是由于線狀液相轉(zhuǎn)移通道過小，液相轉(zhuǎn)移速度相應(yīng)降低，影響了臭氧發(fā)生裝置的穩(wěn)定運(yùn)行。該專利雖然增加了產(chǎn)氣量，降低了成本，但是并沒有根本解決臭氧發(fā)生裝置的使用壽命的問題。
本實(shí)用新型的目的在于克服了上述已有技術(shù)的不足，提供一種現(xiàn)制現(xiàn)用、安全可靠、操作簡(jiǎn)單、沒有二次污染、耗電量小、使用壽命長(zhǎng)，無須儲(chǔ)存，直接從去離子水中獲取臭氧O3與氧氣O2，且產(chǎn)量高的臭氧和氧氣發(fā)生裝置。
本實(shí)用新型通過下列技術(shù)方案達(dá)到發(fā)明目的的本實(shí)用新型為了解決專利1組成陽(yáng)極反應(yīng)介質(zhì)的鉛的氧化物容易畸變的問題，在質(zhì)子交換膜和由附著有釕、鈀、銥金屬元素的鈦板組成的陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板之間除粘有含金屬鉛(Pb)的氧化物外，還摻入了含金屬鉭(Ta)的氧化物，共同組成陽(yáng)極反應(yīng)介質(zhì)，使陽(yáng)極電子集流極板在高電流的作用下不容易畸變，提高了陽(yáng)極電子集流極板的工作效率和使用壽命。中間部分采用能在高溫下工作的質(zhì)子交換膜。該膜主要起質(zhì)子遷移作用，即去離子水中的氫(H+)通過該膜由陽(yáng)極遷移至陰極反應(yīng)界面。當(dāng)通電時(shí)能快速提高其電位，使水分子在陽(yáng)極界面迅速形成羥基自由基，從而氧化形成臭氧O3和氧氣O2。
陽(yáng)極界面反應(yīng)如下
本實(shí)用新型為了解決專利2陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板采用線狀液相轉(zhuǎn)移通道過小，導(dǎo)致液相轉(zhuǎn)移速度緩慢而直接造成臭氧發(fā)生裝置的性能不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，特在陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板的四側(cè)面挖寬4mm，深2mm的凹槽液相轉(zhuǎn)移通道并與陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板面上的線狀液相轉(zhuǎn)移通道相通，形成與臭氧發(fā)生裝置反應(yīng)過程相匹配的大流量的渠狀液相轉(zhuǎn)移通道，從而既保證了陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板與陰極反應(yīng)介質(zhì)相互接觸的界面面積，提高了氫原子表面轉(zhuǎn)化速度，又保證了液相轉(zhuǎn)移通道的體積，加速了液相轉(zhuǎn)移速度。在單位時(shí)間內(nèi)保證了陽(yáng)極電子集流極板反應(yīng)界面上的電子電荷迅速遷移到陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板與陰極反應(yīng)介質(zhì)的接觸界面，確保了陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板接觸界面的電子轉(zhuǎn)化速度和電極電位的平衡，有效地提高了本實(shí)用新型的性能，產(chǎn)氣量達(dá)到900—1050mg/h，工作壽命達(dá)到18000小時(shí)。
為了降低成本，本實(shí)用新型將原有專利中的質(zhì)子交換膜與陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板之間粘貼有含金屬鉑(Pt)、碳(C)粉體組成的陰極反應(yīng)介質(zhì)，改為在質(zhì)子交換膜與陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板之間粘貼含有鉻(Cr)、銅(Cu)、鉑(Pt)、碳(C)粉體組成的陰極反應(yīng)介質(zhì)，從而降低了貴重金屬鉑用量的50％。
陰極界面反應(yīng)
本實(shí)用新型的具體技術(shù)方案是由儲(chǔ)水槽及置于儲(chǔ)水槽中的膜電極組成的臭氧和氧氣發(fā)生裝置，其特征在于所說的膜電極由三部分組成中間部分為質(zhì)子交換膜(1)，置于質(zhì)子交換膜(1)一側(cè)的是由鈦制成的的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)，在陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)與陰極反應(yīng)介質(zhì)(2)相接觸的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)面上設(shè)置了陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)，在陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)的四側(cè)面挖寬4mm，深2mm的凹槽液相轉(zhuǎn)移通道(24)并與陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)面上的陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)相通。置于質(zhì)子交換膜(1)另一側(cè)的是由附著釕、鈀、銥金屬元素的鈦板制成的陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)。在質(zhì)子交換膜(1)和陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)之間粘有含金屬鉻(Cr)、銅(Cu)、鉑(Pt)、碳(C)的粉體組成的陰極反應(yīng)介質(zhì)(2)。在質(zhì)子交換膜(1)和陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)之間粘有含金屬鉛(Pb)與鉭(Ta)的氧化物組成的陽(yáng)極反應(yīng)介質(zhì)(3)。
所說的儲(chǔ)水槽由陰極儲(chǔ)水槽(13)、陰極散熱夾板(6)、陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)和陽(yáng)極散熱夾板(15)組成。陰極儲(chǔ)水槽(13)陰極散熱夾板(6)通過陰極固定螺栓(16)連接。陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)和陽(yáng)極散熱夾板(15)通過陽(yáng)極固定螺栓(17)連接。
膜電極置于儲(chǔ)水槽中，其中陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)置于陰極儲(chǔ)水槽(13)中，陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)置于陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)中。陰極儲(chǔ)水槽(13)和陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)中分別裝有去離子水。陰極儲(chǔ)水槽(13)上方有氫氣出口(11)，下方有陰極循環(huán)進(jìn)水口(9)。陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)上方有臭氧O3和氧氣O2出口(12)，下方有原料進(jìn)水口(10)。陰極散熱夾板(6)中間裝有陰極電源接柱孔(7)，陽(yáng)極散熱夾板(15)中間裝有陽(yáng)極電源接柱孔(8)。
如


圖1和圖2所示，膜電極是由置于中間的質(zhì)子交換膜(1)及分別置于質(zhì)子交換膜(1)兩側(cè)的由鈦制成的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)和由附著釕、鈀、銥金屬元素的鈦制成的陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)、置于質(zhì)子交換膜(1)和陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)之間粘貼有含金屬鉻(Cr)、銅(Cu)、鉑(Pt)、碳(C)的粉體組成的陰極反應(yīng)介質(zhì)(2)和置于質(zhì)子交換膜(1)與陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)之間粘貼有含金屬鉛(Pb)與鉭(Ta)氧化物組成的陽(yáng)極反應(yīng)介質(zhì)(3)組成。膜電極置于儲(chǔ)水槽中，其中陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)置于陰極儲(chǔ)水槽中(13)中。陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)置于陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)中。陰極儲(chǔ)水槽(13)與陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)分別裝有去離子水。與陰極反應(yīng)介質(zhì)(4)相接觸的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)面上設(shè)置有陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)(見圖2)，其(4)四側(cè)面挖有寬4mm，深2mm的凹槽液相轉(zhuǎn)移通道(24)，并與陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)相通(見圖2)，。(22)為陰極反應(yīng)接觸界面見圖2所示。
本實(shí)用新型所用的能源是去離子水，工作溫度可達(dá)到20——50℃，電流密度可達(dá)每平方厘米1.3——3.8A的高電流密度，工作時(shí)電壓為3.0——3.3V，極大的提高了工作效率。臭氧O3析出的濃度可達(dá)20——25％，氧氣O2析出的濃度為75——80％，每小時(shí)臭氧O3產(chǎn)量為800——1050mg。和已有技術(shù)相比，實(shí)施本技術(shù)方案單個(gè)臭氧發(fā)生裝置的臭氧O3濃度達(dá)到25％，臭氧O3與氧氣O2產(chǎn)量分別提高30％，價(jià)格降低15％、電耗下降15％，使用壽命延長(zhǎng)且體積小、無污染，因此本實(shí)用新型完全可以進(jìn)行大規(guī)模商品化生產(chǎn)。特別適用于醫(yī)療衛(wèi)生、食品安全、蔬果保鮮、水產(chǎn)養(yǎng)殖、水的深度凈化以及環(huán)境保護(hù)與蔬菜表面農(nóng)藥化肥殘留的降解。
權(quán)利要求1.一種由儲(chǔ)水槽及置于儲(chǔ)水槽中的膜電極組成的臭氧和氧氣發(fā)生裝置，其特征在于所說的膜電極由三部分組成中間部分為質(zhì)子交換膜(1)，置于質(zhì)子交換膜(1)一側(cè)的是由鈦制成的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)，在陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)與陰極反應(yīng)介質(zhì)(2)相接觸的陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)面上設(shè)置了陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)，在陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)的四側(cè)面挖寬4mm，深2mm的凹槽液相轉(zhuǎn)移通道(24)并與陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)面上的陰極線狀液相轉(zhuǎn)移通道(23)相通，置于質(zhì)子交換膜(1)另一側(cè)的是由附著釕、鈀、銥金屬元素的鈦板制成的陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)，在質(zhì)子交換膜(1)和陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)之間粘有含金屬鉻(Cr)、銅(Cu)、鉑(Pt)、碳(C)粉體組成的陰極反應(yīng)介質(zhì)(2)，在質(zhì)子交換膜(1)和陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)之間粘有含金屬鉛(Pb)與鉭(Ta)的氧化物組成的陽(yáng)極反應(yīng)介質(zhì)(3)；所說的儲(chǔ)水槽由陰極儲(chǔ)水槽(13)、陰極散熱夾板(6)、陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)和陽(yáng)極散熱夾板(15)組成，陰極儲(chǔ)水槽(13)和陰極散熱夾板(6)通過陰極固定螺栓(16)連接，陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)和陽(yáng)極散熱夾板(15)通過陽(yáng)極固定螺栓(17)連接，膜電極置于儲(chǔ)水槽中，其中陰極導(dǎo)熱循環(huán)極板(4)置于陰極儲(chǔ)水槽(13)中，陽(yáng)極點(diǎn)子集流極板(5)置于陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)中，陰極儲(chǔ)水槽(13)和陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)中分別裝有去離子水，陰極儲(chǔ)水槽(13)上方有氫氣出口(11)，下方有陰極循環(huán)進(jìn)水口(9)，陽(yáng)極儲(chǔ)水槽(14)上方有臭氧O3和氧氣O2出口(12)，下方有原料進(jìn)水口(10)，陰極散熱夾板(6)和陽(yáng)極散熱夾板(15)中間分別裝有陰極電源接柱孔(7)和陽(yáng)極電源接柱孔(8)。
專利摘要本實(shí)用新型是一種臭氧和氧氣發(fā)生裝置。涉及應(yīng)用膜技術(shù)電解去離子水產(chǎn)生臭氧O
文檔編號(hào)C25B1/13GK2591049SQ02294148
公開日2003年12月10日 申請(qǐng)日期2002年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月27日
發(fā)明者余建平 申請(qǐng)人:余建平