[发明专利]一种可构建三维气-固-液三相界面的电化学曝气组件

说明书

本发明提供一种可构建三维气‑固‑液三相界面的电化学曝气组件，该组件包含的多孔微通道材料的毫米或微米级竖直连通通道上具有可调节微米级或纳米级孔隙。在无气体扩散层的情况下，通入该组件的气体通过多孔微通道材料后可直接到达催化剂表面，实现三维三相界面的构建。该组件制备流程简单，避免了传统气体扩散电极长时间运行之后溶液渗透到气体扩散层的问题。

技术领域

本发明提供了一种可构建三维气-固-液三相界面的电化学曝气组件。

背景技术

电催化还原气体（如：CO₂、O₂、N₂、O₃等）产生高价值的产品受到越来越多的关注，与蒽醌法、哈伯法等传统的能源型化学工艺相比，其具有能耗低、操作简单、使用安全的优点。现有的电催化还原技术的电极多为板式结构，整个反应过程需要气体溶解到溶液中后扩散到催化层表面，该过程会因为气体在溶液中的溶解度有限而降低产物的生成率。为了克服以上问题，气体扩散电极应运而生。但是，气体扩散电极制备流程繁琐，液体容易渗透到气体扩散层，影响气体扩散电极的使用和功能。

发明内容

本发明旨在提供一种可构建三维气-固-液三相界面的电化学曝气组件，该组件包含的多孔微通道材料的毫米或微米级竖直连通通道上具有可调节微米级或纳米级孔隙。在无气体扩散层的情况下，通入该组件的气体通过多孔微通道材料后可直接到达催化剂表面，实现三维三相界面的构建。该组件制备流程简单，避免了传统气体扩散电极长时间运行之后溶液渗透到气体扩散层的问题。

本发明的技术方案：

一种可构建三维气-固-液三相界面的电化学曝气组件，主要由总进气口1、供气密封件顶盖2、供气密封件底槽3、布气空腔4、弹性垫片5、绝缘螺栓6、多孔微通道阴极7、阴极连接线8、阴极接线柱9、阳极卡槽10、金属网阳极11和阳极接线柱12组成；

所述的电化学曝气组件整体由供气密封件顶盖2和供气密封件底槽3密封组成，两密封件内部形成一个布气空腔4，布气空腔4顶部与总进气口1连接；供气密封件顶盖2和供气密封件底槽3间放置弹性垫片5并通过4根对称分布的绝缘螺栓6紧密连接在一起；供气密封件底槽3与弹性垫片5上开有与多孔微通道阴极7尺寸匹配的通孔，供气密封件底槽3底部与多孔微通道阴极7的接触面间通过粘结剂密封；

所述的多孔微通道阴极7的入口端依次穿过供气密封件底槽3与弹性垫片5伸入至布气空腔4中，进气均匀的分配到各个多孔微通道阴极7中；

所述的阴极连接线8为柔性材料，其上具有尖端结构，该尖端结构与在供气密封件底槽3上通孔内壁面上开的凹槽相匹配；阴极连接线8围绕在供气密封件底槽3上的通孔内壁后尖端伸入凹槽内固定；各部分阴极连接线8汇聚在一起后与伸出供气密封件底槽3的阴极接线柱9连接；阴极接线柱9放置于供气密封件底槽3侧面与之相匹配的凹槽内，与弹性垫片5接触；

供气密封件底槽3外壁上开有阳极卡槽10，用于固定金属网阳极11；金属网阳极11与伸入阳极卡槽10的阳极接线柱12连接；

绝缘螺栓6、阴极接线柱9和阳极接线柱12交错排布。

所述的多孔微通道电极7采用单独排列，分别与阴极连接线8连接最终汇聚在一起，与伸出供气密封件顶盖2的阴极接线柱9连接的形式存在于内曝气组件中；或者以成束分布的形式分布于内曝气组件中，多孔微通道阴极7堆集在一起，阴极连接线8缠绕在成束分布的多孔微通道电极7外侧。

所述的供气密封件顶盖2和供气密封件底槽3根据需求调节形状和尺寸，供气密封件底槽3上的通孔根据要求调节形状、尺寸及分布密度。

所述的多孔微通道电极7为具有竖直连通通道且通道尺寸与形状可调节的电极材料，通道尺寸在10微米到800微米之间；侧壁具有可调节孔隙，侧壁孔隙尺寸在100纳米到1微米之间。