一种电解式一体化臭氧水制备装置的制作方法

本技术属于电化学，具体涉及一种电解式一体化臭氧水制备装置。

背景技术：

1、臭氧水是一种强氧化剂、广谱消毒剂。其臭氧(o3)消毒灭菌后快速分解为氧气(o2)，无二次污染，已广泛应用于医疗卫生、食品加工业、水处理、环境保护等领域。

2、本实用新型之前，已有较多的专利技术，如zl201520255316.5、zl20142002577.8、201220541099.2、201721894429.5/202110101173.2来研究臭氧水的制备方法。上述专利技术在制备臭氧水工艺中均采用两步法，首先引入原料水制备臭氧气体，生成的臭氧气体和水分离后，再在另外一个反应容器中与纯净水混合，通过曝气、射流或溶气泵的作用，促进臭氧的溶解。曝气装置中其臭氧利用率只有10％左右；射流装置中其臭氧利用率约为20％；溶气泵混合装置其臭氧利用率可达60％。上述臭氧水制备装置存在结构复杂、臭氧利用率低等不足之处。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本实用新型提供一种电解式一体化臭氧水制备方法及装置。通过本实用新型的装置，臭氧的发生和溶解在一个装置内发生，装置结构简单，臭氧利用率高。

2、依据亨利定律(henry，s law)，增加臭氧气体分压可有效地提高臭氧在水中的溶解度。本实用新型采用的技术措施是：不需要曝气、射流、溶气泵装置，而采用臭氧发生和气/水混合一体化设计，其臭氧气产生和气/水混合同步进行，实现即开机即生产臭氧水的功能。

3、电解式臭氧发生原理是：水在阳极界面失去电子，产生质子(h+)和臭氧(o3)(h2o→2e-+2h++1/3o3)。

4、臭氧通过气/水混合装置溶于水，生成臭氧水(o3+h2o→臭氧水)。

5、本实用新型的电解式一体化臭氧水制备装置，包括膜电极组件和阴极室，所述膜电极组件依次由阴极多孔集电器、阴极催化剂层、阳离子交换膜、阳极催化剂层和阳极多孔集电器构成，所述阴极多孔集电器、阴极催化剂层组成多孔阴极板，所述阳极催化剂层兼作微孔增压层，所述阳极多孔集电器兼作微孔稳压层，所述阴极室底部有阴极排水口，顶部有氢气出口与催化消氢器连接，所述微孔稳压层底部有纯净水阳极进口，所述微孔稳压层顶部有臭氧水出口。

6、所述多孔阴极板连接有阴极接线端，所述微孔稳压层连接有阳极接线端。

7、所述催化消氢器的侧部有空气进口，顶部有水/汽出口。

8、所述纯净水阳极进口与纯水机连接，所述纯水机还有自来水进口。

9、本实用新型的装置，不再使用阳极室，由微孔增压层和微孔稳压层构成现场气/水混合组件。

10、所述微孔增压层由颗粒状阳极催化剂组成。催化剂颗粒尺寸控制在5-30μm，最优尺寸为10μm。

11、所述的阳极催化剂，它由β二氧化铅(β-pbo2)、掺锑二氧化锡(sb/sno2)、掺硼金刚石的一种或多种混合金属氧化物组成。

12、所述的微孔稳压层，由抗电化学及化学腐蚀和抗钝化的贵金属及其氧化物组成。具体地，它为铂、铱、钽及其氧化物组成。颗粒尺寸控制在5-30μm，最优尺寸为10μm。

13、所述的微孔增压层和微孔稳压层中的成分，是现有技术中的一部分，本实用新型不作赘述。

14、本实用新型装置工作时，质子交换膜/微颗粒阳极催化剂界面上产生的臭氧气体在微孔内现场产生自增压效应，使臭氧气泡直径迅速减小，增加臭氧气的溶解度，现场制备高浓度臭氧水。微孔增压层产生的臭氧水中剩余的臭氧气继续在所述的微孔稳压层内稳压，并延长停留时间，进一步增加臭氧气在水中的溶解度。

15、所述的微孔增压层、微孔稳压层和质子交换膜，彼此之间为“零间距”结构，便于气/水逆向扩散传质。

16、本实用新型的电解式一体化臭氧水制备装置，无曝气、无射流、无溶气泵等部件，结构紧凑，能即开即产生高浓度臭氧水，装置内设有催化消氢器，使副产物h2和空气中的氧气催化生成水(h2+o2→h2o)，消除了副产物氢气的安全隐患，能稳定安全运行。整机生产成本大幅度降低，臭氧利用率高(≥60％)，适应性强，应用广泛。

技术特征：

1.一种电解式一体化臭氧水制备装置，其特征在于，包括膜电极组件和阴极室，所述膜电极组件依次由阴极多孔集电器、阴极催化剂层、阳离子交换膜、阳极催化剂层和阳极多孔集电器构成，所述阴极多孔集电器、阴极催化剂层组成多孔阴极板，所述阳极催化剂层兼作微孔增压层，所述阳极多孔集电器兼作微孔稳压层，所述阴极室底部有阴极排水口，顶部有氢气出口与催化消氢器连接，所述微孔稳压层底部有纯净水阳极进口，所述微孔稳压层顶部有臭氧水出口。

2.根据权利要求1所述的电解式一体化臭氧水制备装置，其特征在于，所述多孔阴极板连接有阴极接线端，所述微孔稳压层连接有阳极接线端。

3.根据权利要求1所述的电解式一体化臭氧水制备装置，其特征在于，所述催化消氢器的侧部有空气进口，顶部有水/汽出口。

4.根据权利要求1所述的电解式一体化臭氧水制备装置，其特征在于，所述纯净水阳极进口与纯水机连接，所述纯水机还有自来水进口。

5.根据权利要求1所述的电解式一体化臭氧水制备装置，其特征在于，所述的微孔增压层、微孔稳压层和阳离子交换膜，彼此之间为零间距结构。

技术总结本技术提供了一种电解式一体化臭氧水制备装置，包括膜电极组件和阴极室，所述膜电极组件依次由阴极多孔集电器、阴极催化剂层、阳离子交换膜、阳极催化剂层和阳极多孔集电器构成，所述阴极多孔集电器、阴极催化剂层组成多孔阴极板，所述阳极催化剂层兼作微孔增压层，所述阳极多孔集电器兼作微孔稳压层，所述阴极室底部有阴极排水口，顶部有氢气出口与催化消氢器连接，所述微孔稳压层底部有纯净水阳极进口，所述微孔稳压层顶部有臭氧水出口。该装置在无曝气、无射流、无溶气泵装置的情况下实现了即开机即现场产生高浓度臭氧水（≥20mg/L），且结构紧凑，生产成本大幅度降低，臭氧利用率高（≥60%），应用领域广泛，市场适应性强。技术研发人员：涂晓波,周元全,张辉受保护的技术使用者：武汉威蒙环保科技有限公司技术研发日：20230619技术公布日：2024/4/17