[发明专利]一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法

说明书

本发明提供了一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法。该装置包括臭氧气室腔体和电池腔体，电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，气体扩散正极和金属负极通过导线与用电器连接；电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。本发明具有高产电，自供电，同步废气治理的协同处置特点，实现了高水平的以废治废目的，这对可持续绿色水处理技术发展具有重要现实意义。还实现同步臭氧淬灭、电能回收、水处理净化的目的。

技术领域

本发明涉及金属空气电池和水处理技术领域，尤其涉及一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法。

背景技术

近年来，臭氧催化氧化技术在水处理、消毒领域获得广泛应用。现有技术中的臭氧水处理工艺主要通过臭氧发生器将纯氧气体在高压电场环境下转化为臭氧，因此臭氧催化工艺需要纯氧和电能才能产生高浓度的臭氧气源，多数纯氧也要通过制氧机等设备制取，臭氧制备需要大量能耗，使得制备出臭氧氧化剂弥足珍贵。然而实际工程中，臭氧利用率并不高，大量的臭氧尾气还需要通过臭氧淬灭器进行分解，最终产生的纯氧尾气排放到大气造成浪费。这样造成臭氧和纯氧气体中大量的化学能被直接淬灭并且浪费掉，造成巨大的浪费。随着我国能源领域快速变革以及我国碳中和战略实施，开发低耗清洁的能源技术成为关键。

近年来，金属空气电池作为重要的产电装置，基于其产电功率高，稳定性好等优点，备受关注。其中传统金属空气电池多用空气作为电子受体，因为空气中氧气含量仅为20％，氧化能力有限。如果将其他具有强氧化性的气体，或者废气能够作为电子受体不仅可以解决大气污染，同时可以利用废气中潜在的化学能进行发电，一举两得。

另外，臭氧作为重要的水处理氧化剂，通常需要加入H₂O₂或其他金属离子如Fe²⁺,Al³⁺等作为催化剂，强化臭氧转化为羟基自由基，更高效地去除水中的污染物。然而，上述药剂添加不仅增加了成本也不利于绿色水处理技术发展。虽然有研究者发现电化学作用可以利用电化学还原作用将O₂转化为H₂O₂，或者电化学腐蚀作用从腐蚀性阳极释放相应的金属阳离子，但是仍需要大量额外电能支持。

因此，如何解决臭氧尾气问题，同时又充分利用臭氧的水处理氧化能力以及其中的纯氧资源，实现废气+废水同步以废治废，是一个亟待解决的问题。

发明内容

本发明的实施例提供了一种基于金属臭氧电池的自供电装置及其使用方法，以实现利用臭氧的水处理氧化能力和纯氧资源，实现废气+废水同步以废治废。

为了实现上述目的，本发明采取了如下技术方案。

根据本发明的一个方面，提供了一种基于金属臭氧电池的自供电装置，包括：臭氧气室腔体和电池腔体，所述电池腔体设置在所述臭氧气室腔体的内部，所述臭氧气室腔体的底部设置有进气口，顶部设置有出气口，所述电池腔体由多孔圆柱体组成，电池腔体的下部设置进水口，上部设置出水口，多孔圆柱体的侧壁设置有气体扩散正极，内部设置有金属负极，所述气体扩散正极和所述金属负极通过导线与用电器连接；

电解液经进水口自下而上流入所述电池腔体，从出水口流出，汇入出水箱。

优选地，所述进气口和出气口空间上呈平行布置，高度差为腔体高度，进气沿腔体下部切线方向进入腔体，在腔体内部形成螺旋状气流，在沿腔体上部切向从出气口排出。

优选地，所述气体扩散正极和金属负极之间的间距为0.5cm-1cm。

优选地，所述金属负极为镁、铁、铝和锌中的任意一种或多种的复合物。