[发明专利]一种等离子体电解催化方法及装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种等离子体电解发生技术，具体是指一种以负载催化剂的绝缘颗粒做放电填料，在负载有催化剂的绝缘颗粒间空隙形成等离子体电解从而实现等离子体电解催化耦合并有效增大放电等离子体电解面积的方法，以及实现此方法的一种装置。

发明背景

等离子体电解作为一种独特的等离子体形式，是指在电极和溶液之间加以一定的直流电压或是直流脉冲电压，从而击穿两者之间的溶液蒸汽鞘层，形成辉光放电等离子体的处理过程。根据放电电极的极性可以分为阳极等离子体电解和阴极等离子体电解。等离子体电解实际上是把电解溶液作为一个电极，通过辉光放电将等离子体维持在电极和电极周围的电解液之间。等离子体电解的一个显著特点是在放电电极一侧具有非法拉第特性，即辉光放电电解能够得到常规电解不能得到的产物，以及获得超出由法拉第定律推算出的理论产量。等离子体电解被认为是一种非常有前景的技术，在等离子体电解沉积、等离子体电解氧化、等离子体电解金属表面加工、有机物合成、氢气制造和废水处理等方面显示出独特的优点。等离子体电解过程的等离子体化学反应主要发生在电极周围的等离子体鞘层内以及等离子体/溶液界面上。王红林等在专利一种等离子体重整制备富氢气的方法及其装置(ZL200410077525.1)，高锦章在等离子体饮用水净化装置200420086147.9，高锦章在接触辉光放电等离子体发生装置200410010570，分别提出了相应的等离子体电解的技术装置。这些等离子体电解技术装置实现的方法普遍存在等离子体电解反应面积小的问题，等离子体电解空间一般被局限在放电电极周围几个毫米直径的圆柱形空间内，是限制等离子体电解大规模工业应用的主要因素。

发明内容

本发明专利针对等离子体电解存在的上述问题，本发明的目的在于提出一种等离子体电解催化方法及装置。这种方法通过在电极周围填充一定粒径的负载有催化剂的绝缘颗粒，将发生在放电电极周围的等离子体电解转移至负载有催化剂的绝缘颗粒之间，一方面可以有效增大放电等离子体电解面积，另一方面放电等离子体可以激发催化剂的活性中心，从而实现等离子体电解催化耦合。本方法用常见材料绝缘材料，放电电极材料要求低，能实现大面积大体积的等离子体电解。

本发明通过以下方案实现：

一种等离子体电解催化装置，其特征在于，它包括等离子体电解室和辅助电解室，所述等离子体电解室位于中心位置，辅助电解室位于外围位置，两电解室之间由电解隔膜隔开；所述等离子体电解室中心设有放电电极，在放电电极和电解隔膜之间填充绝缘颗粒，等离子体电解室上下分别设等离子体电解室排气口和排净口；所述辅助电解室内设有辅助电极，辅助电解室上下分别设辅助室排气口和排净口；其中，所述绝缘颗粒是催化剂颗粒或者负载有催化剂，催化剂的选择是由等离子体电解应用场合决定的。

优选地，所述等离子体电解室为一圆柱形空间，所述辅助电解室为一围绕等离子体电解室的圆环形空间。

优选地，所述绝缘颗粒的粒径在1～5mm之间。

优选地，所述放电电极和辅助电极的材料为钨、钨铈或铂合金。

优选地，所述绝缘颗粒为分子筛、氧化铝、陶瓷、玻璃、氧化锌、负载有TiO₂光催化剂的氧化铝颗粒或者负载有Cu的ZnO颗粒。

优选地，所述电解隔膜为石棉隔膜或阴阳离子隔膜。

优选地，所述放电电极安装于放电电极套筒内，放电电极面积通过放电电极伸出放电电极套筒的长度来调节，该套筒能防止溶液与所需放电电极面积外的其它部分接触。

优选地，所述放电电极套筒的材料为石英或绝缘陶瓷。

一种等离子体电解催化方法，其特征在于，包括如下步骤：

(1)将电解液加入等离子体电解反应室中，所述电解液液面高出绝缘颗粒上部平面至少10mm；所述电解液可以根据不同的电解要求进行选择；

(2)放电电极接直流电源负极，辅助电极接直流电源正极，将两极之间的电压升高至250～1200V，进行等离子体电解催化反应。

根据绝缘颗粒之间的孔隙率和绝缘颗粒表面积计算产生等离子体电解反应面积，其计算公式如下：