一种高效电催化产双氧水反应电解池

1.本实用新型属于电催化产双氧水的电解池的技术领域，具体涉及一种高效电催化产双氧水反应电解池。


背景技术：

2.双氧水（h2o2，过氧化氢）是一种重要的化工产品，作为一种绿色无污染的无机化合物，在各个领域都有广泛的运用，例如漂白、纺织、废水处理、消毒、半导体制备等领域。双氧水被定义为绿色化工产品，它的强氧化性和其还原产物(h2o)无毒无害的性质使得它成为了一种被广泛运用于工业消毒和医疗救助的化学试剂。传统的双氧水制备工艺是间接蒽醌法，这种方法需要大规模的设备和大量的能量输入，原料存在一定的危害性且生产过程会产出大量废料，对环境并不友好。因此寻找一种绿色高效的方法和简易的设备生产双氧水迫在眉睫。
3.目前关于电化学氧还原反应（orr）生成双氧水的发展使得双氧水的现场生产和设备小型化有了新的路线，这种选择性氧还原反应产双氧水电化学的方案可以有效地解决间接蒽醌法中存在的问题。在orr中，涉及到多电子转移的过程，其中o2可以在四电子过程中转变成h2o或者二电子过程中转为h2o2。这就需要高效且价廉的电催化剂使其经过二电子的反应过程。电催化剂性能的表征离不开方便实用的特制电解池，当前用于该电化学过程的电解池一般为简易的三电极单池电化学池，阴极和阳极的反应互相有干扰，电极无法合理地固定，通气及气体的排出可控性不高，通气效果不好，且不方便产物双氧水的即时取出及检测。设备小型合理化才能达到小规模原位生产双氧水的目的。


技术实现要素：

4.本实用新型的目的在于提供一种高效催化产双氧水反应电解池。
5.为达到上述目的，提出以下技术方案：
6.一种高效电催化产双氧水反应电解池，包括阳极和阴极，阴极和阳极之间通过质子交换膜连接，所述阳极包括阳极流动槽、阳极电极、ptee材质密封板、不锈钢端板、硅胶软管和阳极储液槽，阳极电极设于阳极流动槽和ptee材质密封板之间，ptee材质密封板的另一侧为不锈钢端板，阳极流动槽通过硅胶软管与阳极储液槽连接构成循环回路；所述阴极包括阴极流动槽、阴极电极、疏水碳纸、气体流动槽、不锈钢端板、硅胶软管和阴极储液槽，阴极流动槽通过硅胶软管与阴极储液槽连接构成循环回路，阴极电极设于阴极流动槽和疏水碳纸之间，疏水碳纸的另一侧连接气体流动槽的一侧，气体流动槽的另一侧连接不锈钢端板，阳极电极的一侧先设置ptee材质密封板是因为不锈钢端板的材质会参与反应，而ptee材质硬度不够，因此需要在外面加不锈钢端板。
7.进一步地，所述的阳极流动槽和阴极流动槽为中部全镂空结构，其边部上分别设置有进液口和出液口，分别与硅胶软管连接，液体从进液口进入阳极流动槽的中部镂空空间内。
8.进一步地，所述的质子交换膜设于阳极流动槽和阴极流动槽之间。
9.进一步地，所述的气体流动槽的中部为半镂空槽，密闭的一侧连接不锈钢端板，气体流动槽边部分别设有进气口和出气口，其分别与导气管连接，气体从进气口进入气体流动槽内的半镂空槽内。
10.进一步地，螺丝依次穿过阴极的不锈钢端板、气体流动槽、疏水碳纸、阴极电极、阴极流动槽、质子交换膜、阳极流动槽、阳极电极、ptee材质密封板和阳极的不锈钢端板实现固定一体连接。
11.进一步地，所述的疏水碳纸与阴极电极之间垫有垫圈。
12.进一步地，所述的疏水碳纸与气体流动槽之间、阴极电极与阴极流动槽之间，质子交换膜与阴极流动槽和阳极流动槽之间，阳极流动槽和阳极电极之间都垫有垫圈，垫圈的设置防止漏气和漏液。
13.进一步地，所述的进液口和出液口分别通过宝塔接头与硅胶软管密封连接。
14.进一步地，所述的进气口和出气口分别通过卡套接头与导气管密封连接。
15.进一步地，所述硅胶软管（7）与蠕动泵连接，通过蠕动泵实现液体循环。
16.相对于现有技术，本实用新型的有益效果在于：
17.1）本实用新型电解池通过质子交换膜将阴极流动槽和阳极流动槽分开，有利于分别研究阴极、阳极发生的半反应，也可以进行全电池反应的研究。
18.2）本实用新型电解池的阴极取样口设置在外部，利用蠕动泵分别阴阳极循环反应液，便于取样，当反应需要取出产物时随时可以取样操作，可以实现产物的快速均匀扩散和及时浓度检测。
19.3）本实用新型电解池的气体流动槽通气装置，可以实现反应物（氧气）的快速均匀扩散参与反应，并且多余的氧气通过出气口再次进入阴极液中参与反应；疏水层的加入使气液两相能够在保证不漏反应的前提下充分反应。
20.4）本实用新型电解池设计多个卡套、宝塔接头，加之导气管和硅胶蠕动管，有利于工作电极和对电极的固定，气体和液气均匀快速的通入，从而有利于电催化反应高效稳定地发生。
附图说明
21.图1为本实用新型的立体结构示意图；
22.图中：1
‑
阳极流动槽；2
‑
阴极流动槽；3
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气体流动槽；4
‑
质子交换膜；5
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不锈钢端板；6
‑
疏水碳纸；7
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硅胶软管；8
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导气管；9
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阴极储液槽；10
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阳极储液槽；11
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阴极电极；12
‑
阳极电极；13
‑
ptee材质密封板。
具体实施方式
23.下面结合说明书附图对本实用新型做进一步地说明，但本实用新型的保护范围并不仅限于此，本实用新型中的“左”、“右”等方位名词仅代表图中的位置，不代表绝对位置。
24.如图1所示，一种高效电催化产双氧水反应电解池，包括阳极流动槽1、阴极流动槽2、气体流动槽3、质子交换膜4、两块不锈钢端板5、疏水碳纸6、两份硅胶软管7、导气管8、阴极储液槽9、阳极储液槽10、阴极电极11、阳极电极12和ptee材质密封板，阳极流动槽1和阴
极流动槽2为中部镂空结构，其边部两侧开设有进液口或出液口，进液口和出液口分别通过宝塔接头与硅胶软管7连接，阳极流动槽1和阴极流动槽2分别通过一份硅胶软管7与阳极储液槽10和阴极储液槽9连接成循环回路；阳极流动槽1和阴极流动槽2之间设有质子交换膜4，质子交换膜4的面积大于阳极流动槽1和阴极流动槽2的镂空面积，质子交换膜4与阳极流动槽1和阴极流动槽2之间垫有垫圈，阴极流动槽2的左侧依次连接有阴极电极11、疏水碳纸6、气体流动槽3和一块不锈钢端板5，每个部件之间都垫有垫片，气体流动槽3的中部具有半镂空的槽，边部设有进气口和出气口，进气口和出气口分别通过卡套与导气管8连接，疏水碳纸6的面积大于气体流动槽3的镂空面积，阴极电极11的面积大于阴极流动槽2的镂空面积，阳极流动槽1的右侧为阳极电极2，其面积大小大于阳极流动槽1的镂空面积，阳极电极2与阳极流动槽1之间设有垫圈，阳极电极12的右侧依次练级ptee材质密封板13和不锈钢端板5；四根螺丝各自依次穿过阴极的不锈钢端板5、气体流动槽3、疏水碳纸6、阴极电极11、阴极流动槽2、质子交换膜4、阳极流动槽1、阳极电极11、ptee材质密封板13和阳极的不锈钢端板5的四周角落实现固定一体连接。
25.将阴极储液槽10和阳极储液槽9加入等体积的电解质溶液koh溶液，导气管8通入氧气，电化学测试开始前通30min氧气，达到氧气饱和，电化学测试过程中继续向气体流动槽3内通入氧气以补充反应消耗掉的氧气，由于采用疏水碳纸6扩散层的进气方式均匀致密地通入氧气，且氧气出气口距离电极界面较远，基本可以排除氧气流对电极表面的物理干扰，测试过程中将各电极与电源正负极相连，测试的过程中可以将出气口半堵住，使反应物氧气能更多的经过疏水碳纸6扩散进阴极反应区，经过一段时间的反应，需要分析产物浓度时，可以在阴极储液槽9内取出少许产物并即时检测其浓度并计算产量，该实施例的电解方程式为：阴极：o2+h2o+2e
‑→
ho2‑
+oh
‑
；阳极：4oh
‑‑
4e
‑→
2h2o+o2。