一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置的制作方法

本发明涉及应用电化学，具体为一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置。

背景技术：

1、双氧水作为一种清洁的氧化剂，被广泛应用于有机合成、消毒、漂白和水污染处理等领域。目前，工业上普遍采用蒽醌法合成过氧化氢，该方法能耗高，工艺步骤复杂且在过氧化氢的存储、运输和使用中存在较高安全风险，不便于小规模分散式应用。因此，低成本、分散式合成双氧水是当前的迫切需求。近年来，电催化原位合成双氧水由于具有绿色无毒、能耗低、便于规模化生产等优点而备受关注。其中，双氧水是由注入的氧气在阴极通过两电子还原反应原位产生，生成的双氧水可以即产即用。此外，电催化合成双氧水的设备可以与风能、太阳能等清洁能源耦合，进一步降低生产过程的能耗，提高设备的适用性。然而，电催化产双氧水在催化剂和装置方面仍存在能效过低的问题。

2、为此，《电化学学报》(e l ectroch imica acta,1998,44,853-861)报道了一种电解池，可以使用网状玻璃碳阴极在电流效率40–70％的条件下持续生成双氧水，但阴极电解液需要维持在ph值为2的酸性条件，限制了该电催化装置的实际应用。中国专利cn215163204u公开了一种由质子交换膜分隔的双室流动式电催化产双氧水电解池，该装置采用质子交换膜将阴阳两极分开，保证阴阳两极各自反应互不干扰，从而提高了双氧水的产率。但是该装置使用的膜材料成本较高，还会被双氧水氧化破坏，影响电催化装置长期运行的稳定性。因此，开发先进的无离子交换膜的新型电催化装置用于高效稳定、规模化、分散式地原位合成双氧水仍是非常必要的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有的缺陷而提供的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，结构简单，易携带，能耗低。

2、实现上述目的的技术方案是：

3、一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，包括：太阳能发电模块，所述太阳能发电模块电连接电解池；

4、所述电解池包括对称设置的两个电解装置；

5、一个所述电解装置包括：气室和反应液室，所述气室的外侧设置有夹板，所述气室的另一侧连接阴极结构；

6、所述阴极结构分别连接所述太阳能发电模块的阴极和所述反应液室；

7、所述反应液室的另一侧连接阳极结构，所述阳极结构分别连接所述太阳能发电模块的阳极和另一个所述电解装置的所述反应液室；

8、所述气室底部设置有进气口，所述进气口与外部供气设备连接，所述气室上方设置有第一排气口；

9、所述反应液室下方设置有进水口，所述进水口连接外部水源，所述反应液室上方分别设置有出水口和第二排气口。

10、优选的，两个所述电解装置根据所述阳极结构对称设置。

11、优选的，所述出水口设置在所述反应液室上方靠近所述气室的一侧，所述第二排气口设置在所述反应液室上方远离所述气室的一侧。

12、优选的，所述阴极结构包括：碳布底层，所述碳布底层一侧设置有气体扩散层，另一侧设置有催化剂层，所述气体扩散层设置在所述碳布底层靠近所述气室的一侧，所述催化剂层设置在所述碳布底层靠近所述反应液室的一侧。

13、优选的，所述气体扩散层为质量分数为60wt％的聚四氟乙烯浆液涂覆层。

14、优选的，所述催化剂层为改性碳纳米管或者其他具有选择性两电子氧还原活性的催化材料。

15、优选的，所述气室和反应液室的腔室材质为绝缘耐腐蚀材料，所述气室和反应液室分别与所述阴极结构之间、所述反应液室与阳极结构之间均设置有密封垫圈，其中，所述密封垫圈的厚度为0.5-5mm。

16、优选的，所述阳极结构采用钌铱钛电极、铂电极、石磨棒、掺硼金刚石中的一种。

17、本发明的有益效果是：本发明采用双阴极模式，在反应开始时，供气装置与进气口相连，向阴极结构连续通氧，打开外部水源，使过滤后的净水由进水口注入反应液室中，由第二排气口进行排气，避免了气泡影响反应效果，注入气室中的氧气透过气体扩散层与催化层中的催化剂反应产生一定浓度的双氧水，随后在一定水压下经出水口流出；在此过程中，通过调节电解池中的注水速度可以有效调节出水口的双氧水浓度；催化剂层中的催化剂在无污染的情况下可以连续使用数天，其产双氧水性能稳定，反应器占地空间小，且能持续稳定运行、免于维护，可广泛用于任何需要小规模低浓度双氧水的应用场合。

技术特征：

1.一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，包括：太阳能发电模块(100)，所述太阳能发电模块(100)电连接电解池(111)；

2.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，两个所述电解装置根据所述阳极结构(110)对称设置。

3.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述出水口(108)设置在所述反应液室(102)上方靠近所述气室(101)的一侧，所述第二排气口(109)设置在所述反应液室(102)上方远离所述气室(101)的一侧。

4.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述阴极结构(107)包括：碳布底层(201)，所述碳布底层(201)一侧设置有气体扩散层(200)，另一侧设置有催化剂层(202)，所述气体扩散层(200)设置在所述碳布底层(201)靠近所述气室(101)的一侧，所述催化剂层(202)设置在所述碳布底层(201)靠近所述反应液室(102)的一侧。

5.根据权利要求4所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述气体扩散层(200)为质量分数为60wt％的聚四氟乙烯浆液涂覆层。

6.根据权利要求4所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述催化剂层(202)为改性碳纳米管或者其他具有选择性两电子氧还原活性的催化材料。

7.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述气室(101)和反应液室(102)的腔室材质为绝缘耐腐蚀材料，所述气室(101)和反应液室(102)分别与所述阴极结构(107)之间、所述反应液室(102)与阳极结构(110)之间均设置有密封垫圈，其中，所述密封垫圈的厚度为0.5-5mm。

8.根据权利要求1所述的一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，其特征在于，所述阳极结构(110)采用钌铱钛电极、铂电极、石磨棒、掺硼金刚石中的一种。

技术总结本发明公开了一种太阳能驱动电催化合成双氧水装置，包括：太阳能发电模块，太阳能发电模块电连接电解池；电解池包括对称设置的两个电解装置；一个电解装置包括：气室和反应液室，气室的外侧设置有夹板，气室的另一侧连接阴极结构；阴极结构分别连接太阳能发电模块的阴极和反应液室；反应液室的另一侧连接阳极结构，阳极结构分别连接太阳能发电模块的阳极和另一个电解装置的反应液室；气室底部设置有进气口，进气口与外部供气设备连接，气室上方设置有第一排气口；反应液室下方设置有进水口，进水口连接外部水源，反应液室上方分别设置有出水口和第二排气口。本发明结构简单，易携带，能耗低。技术研发人员：陈晨,龙明策,杨晓航,赵东华,张翔翔,王一帆受保护的技术使用者：中交上海航道局有限公司技术研发日：技术公布日：2024/6/30