[发明专利]基于电化学催化氧化的总有机碳分析仪及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及总有机碳（TOC）分析仪，尤其涉及一种基于电化学催化氧化的总有机碳分析仪及其方法。

背景技术

在环境、医疗、化工等领域，经常需要测定水中的总有机碳（TOC）。TOC分析仪的基本原理是先将水中有机物的碳氧化成CO₂，消除干扰因素后由CO₂检测器测定，再由数据处理把CO₂气体含量转换成水中有机物的浓度。目前常见的氧化方法包括湿法氧化（过硫酸盐）、高温催化燃烧氧化、紫外（UV）氧化、UV-湿法氧化等，这些方法存在需要加强酸或强氧化性等有毒物质，或者高温燃烧等。美国宇航局在国际空间站中使用的第一代TOC分析仪即采用湿法氧化技术，以磷酸和过硫酸铵作为反应试剂，但这两种物质都属于有毒物质，且反应器设计复杂。因此亟待开发一种安全、经济、高效的新一代TOC分析仪，特别是针对某些特定场合的要求。

电化学催化氧化具有能量效率高、反应条件温和、可控性强、操作简单等优点，反应过程中不需要添加任何有毒有害氧化剂，在常温常压条件下可将水中有机物快速直接矿化成CO₂。对于电化学氧化技术来说，具有高电化学性能和高稳定性的阳极，是至关重要的。目前研究较多的阳极材料主要包括碳基电极、金属电极、金属氧化物电极等。基于电化学催化氧化总有机碳分析仪具有安全、经济、高效等特点，并且可以实现在线连续监测。

发明内容

本发明的目的是克服现有分析仪需要加强酸或强氧化性等有毒物质，或者有机碳高温燃烧等不足，提供一种基于电化学催化氧化的总有机碳分析仪及其方法。

基于电化学催化氧化的总有机碳分析仪包括电化学反应池、非色散红外探测器、气体扩散膜、湿气交换器、气体收集室； 分析仪本体从上到下顺次设有气体收集室、湿气交换器、气体扩散膜、电化学反应池；气体收集室中部插有非色散红外探测器，电化学反应池包括阳极、阴极、反应液和废液排放口，电化学反应池内侧壁相对设有阳极、阴极，电化学反应池侧壁设有废液排放口，电化学反应池内设有反应液;所述的湿气交换器采用Nafion或TEFLON聚合物管层材料。

所述的气体收集室上端设有氢气催化装置，所述的氢气催化装置中的催化剂是以多孔氧化铝为载体，负载含有铂、金、钯、三氧化钴或三氧化二铬中的一种或多种。

所述的电化学反应池侧壁插有离子选择性电极，所述的电化学反应池侧壁设有体积补偿装置。

所述的阳极为硼掺杂金刚石电极、碳电极、贵金属电极或金属氧化物电极；所述的硼掺杂金刚石电极采用化学气相沉积法，通过气相掺杂乙硼烷或三氧化二硼，在导电的衬底材料表面沉积一层致密的金刚石薄膜得到；所述的碳电极为石墨电极、碳纤维电极或碳膜电极；所述的贵金属电极为铂电极或金电极；所述的金属氧化物电极为氧化铅电极、氧化铱电极、氧化钌电极、锑掺杂氧化铱电极、锡掺杂氧化铱电极、锑掺杂氧化钌电极或锡掺杂氧化钌电极。

所述的衬底材料为硅、石墨、钛、铂、金、铌或钽。

所述的阴极为不锈钢电极、石墨电极、硼掺杂金刚石电极、碳纤维电极、铂电极或钛电极。

所述的反应液以体积百分比计，摩尔浓度为0.5mol/L的NaH₂PO₄占70~99%，摩尔浓度为0.5mol/L的Na₂HPO₄占1~30%。

所述的气体扩散膜的材料为聚丙烯、玻璃纸、聚乙烯、聚四氟乙烯或TEFLON膜。