[发明专利]一种基于交流电解合成双氧水的方法及其装置与应用

说明书

本发明公开了一种基于交流电解合成双氧水的方法及其装置与应用，以水和导电辅助电解质为电解液，通过交流变频电源控制电流密度、电源频率和波形，使电极板不断的进行阳极、阴极的转化；当电极板作为阳极时，电极板表面产生氧气；当电极板变为阴极时，对由阳极状态时产生的氧气或连同外界引入的氧气进行还原后产生双氧水。装置包括电解槽和设置于电解槽内的至少一组电极板，还包括交流变频电源；交流变频电源与电极板电连接。本发明合成双氧水的方法具有环保、安全、无需贵金属阳极、电解效率高、能耗低、成本低的优势，利用本发明的方法还可用于污水处理与消毒。

技术领域

本发明属于电化学合成工艺技术领域，具体涉及一种基于交流电解合成双氧水的方法及其装置与应用。

背景技术

双氧水同时具有氧化性和还原性，被广泛运用于医疗、航天、废水处理、电子行业、化学合成、织物漂白、食品产业等诸多领域。且双氧水反应后生成物为水和氧气，因此被誉为清洁、环保的化工产品。双氧水合成方法主要包括蒽醌法、电解法、氢氧直接合成法、空气(氧)阴极还原法。但传统蒽醌法生产双氧水工艺存在环保风险。电解法能耗高，需贵金属阳极，成本高。氢氧直接合成法的主要问题在于氢气和氧气混合后极易爆炸，存在不可避免的安全隐患；且催化剂需贵金属钯，催化效率不高，市场应用前景受限。空气(氧)阴极还原法生产双氧水是将碱性电解质置于电解槽中，使空气中的氧在阴极还原产生双氧水。该法生产双氧水简单，成本低，无污染，但能耗高，产品中双氧水浓度低。

传统污水处理工艺(即生物法)存在以下问题：(1)非标准设计、效率低、占地大，实施难度大；(2)管理复杂、受季节影响大，出水效果不稳定；(3) 处理后需排放有机剩余污泥，其产生的异味对周边环境造成影响。对于不适用生物法处理的工业废水一般采用电解法，但电解法存在成本高、电解效率低、设备投入大、运行成本高的弊端，且电解阳极采用钛基涂贵金属，成本高，使用寿命短。

近年来，水源性致病菌日益引起人们的广泛关注，尤其是该致病菌可以在配水管网系统中进行繁殖，从而威胁到人类健康。饮用水消毒是去除水中病原微生物，防止介水传染病传播，保障饮水卫生安全的有效途径。目前，常见的自来水消毒方法可分为物理消毒技术方法和化学消毒方法。

其中普遍应用的物理消毒技术是紫外线消毒。紫外线消毒技术应用简单，可在较低的剂量和很短的停留时间下有效灭活饮用水中微生物，但是紫外消毒对进水水质要求较高，且紫外线消毒杀菌能力与辐射时间和强度有关，此外紫外灯还需要定期清洗与更换，无持续杀菌能力，有再生、二次污染风险。

普遍应用的化学消毒方法包括氯、二氧化氯、氯胺、臭氧消毒。氯化消毒具有效果好以及费用低等特点，氯化消毒主要通过次氯酸起作用，氯进入水中发生反应形成次氯酸，渗透到带负电的细菌表面，并穿透细胞壁进入细菌内部，通过氧化作用破坏细菌酶系统而使细菌死亡。但氯消毒法易与水中共存的有机物如天然有机物(NOMs)等反应生成卤代烷烃、卤代芳烃等消毒副产物(DBPs)，该类物质毒性较大且存在致癌、致畸、致突变风险，对人类健康产生较大威胁。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于交流电解合成双氧水的方法及其装置与应用。

本发明是通过如下技术方案来实施的：

一种基于交流电解合成双氧水的方法：以水和导电辅助电解质为电解液，通过交流变频电源3控制电流密度、电源频率和波形，使电极板2不断的进行阳极、阴极的转化；当电极板2作为阳极时，电极板2表面产生氧气；当电极板2由阳极变为阴极时，对由阳极状态时产生的氧气或连同外界引入的氧气进行还原后产生双氧水。

合成电极反应为：

电极处于阳极状态：2H₂O→O₂+4H⁺+4e^-

2OH^-→H₂O+1/2O₂+2e