[实用新型]固体聚合物电解质膜复合电极电解臭氧发生器

说明书

本实用新型公开了一种固体聚合物电解质膜复合电极电解臭氧发生，属于电化学技术领域。

在本实用新型之前，已采用电解法制备臭氧的专利装置均属于常规电解槽的形式，如我们获准的中国专利ZL87202205.6；ZL92229584.0；ZL92244960.0所描述的发生器均采用阴极、阳极、电解液、电解槽体构成，其阴、阳两电极在电解槽内部的两侧，两电极之间保持一定体积的电解质溶液。在电解工作时由于温度升高和气体的析出，不同程度地造成电解质及水的损失，电解液浓度波动较大、因而工作稳定性较差，需要定期补充电解液和水。另外，电解液泄露会引起设备漏电，因此，对电解槽的密封要求十分严格。此外，电极材料，特别是产生臭氧的阳极在电解液中不可避免地会受到化学和电化学的腐蚀，因而长期工作时阳极的稳定性差。如专利ZL92229584.0中所涉及的阳极材料腐蚀量可达50克/10000安时。上述专利中所涉及的阳极材料在正常工作时其使用的电流密度均较低，一般在0.2～0.3A/cm²，因而就相同臭氧产量的发生器而言，其自身体积较大，相应的造价也高。如ZL92244960.0专利中臭氧发生量为1克/小时的发生器体积约为10000立方厘米，相应的造价约为600元。再者，上述的电解臭氧发生器其阳极产生臭氧的电流效率较低一般在6～10％。

本实用新型的目的在于：克服上述已有电解法臭氧发生器的不足，提供一种固体聚合物电解质膜复合电极电解臭氧发生器。该发生器不需要液体电解液，只需要补充产生臭氧所耗的水即可在1.0～2.5A/cm²的高电流密度区工作。其臭氧析出的阳极电流效率高达16～20％。

实现本实用新型的目的所采取的技术措施是：本实用新型的固体聚合物电解质膜复合电极电解臭氧发生器由膜复合电极、阴阳极多孔集流板、阴阳极水槽、阴阳极气体出口、阴阳极水槽水连通器组成。其技术特征在于所述的膜复合电极为三层结构，中间为固体聚合物电解质膜(阳离子交换膜)，在阳极/膜反应界面产生的质子(H⁺)通过此膜迁移到阴极/膜反应界面，在中间两侧分别为阴阳极多孔催化层，其中阴极多孔催化层由金属铂(Pt)碳(C)组成；阳极多孔催化层由金属铅(Pb)或铅的氧化物组成。阴阳极水槽内盛有不含电解质的纯水。阴阳电极电化学反应式为：

阴极反应式：阳极反应式：

阴阳极多孔集流板由多孔金属钛(Ti)组成，两电极/膜反应界面上产生的气体则分别穿过多孔集流板逸出水面，阳极反应所消耗的水(H₂O)则也通过多孔集流板进入阳极/膜反应界面。阴阳极水槽由耐臭氧腐蚀的金属，如不锈钢或经过处理的其它金属(长期连续工作时兼作散热器)，也可用塑料如ABS塑料组成(短时间间隙工作时)。该水槽作为产生臭氧所需水的容器，阴阳极水连通器其作用是使两极水槽内水位保持平衡。

在实验室运行和检测，可在1.0～2.5A/cm²的电流密度范围工作，其膜复合电极的面积，可根据臭氧产量自由选择。阴阳极水槽内的水为不含电解质的纯水，工作温度为20～30℃，其阳极析臭氧电流效率为16～20％，即臭氧占阳极气体总重量的19.4～23.1％，在发生器高电流密度运行1000小时后经采样分析检测，阴阳极水槽水中无催化层腐蚀产物，且阳极极臭氧电流效率无明显衰减。

附图说明：

图1，本实用新型结构示意图，其中1—阴极水槽，2—氢气出口，3、5—分别为阴阳极多孔集流板，4—膜复合电极，6—臭氧出气口，7—阳极水槽，8—阴阳极水槽连通器，9—固定螺丝孔。

图2，为图1中4膜复合电极的结构示意图。其中10—阴极多孔催化层，11—固体聚合物电解质膜，12—阳极多孔催化层。

以下结合附图说明本实用新型的一个实施例。