一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置的制作方法

1.本实用新型涉及过氧化氢发生设备设计领域，具体涉及一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置。


背景技术：

2.过氧化氢溶液是一种重要的化学品，被广泛应用于化学合成、纸浆和造纸、纺织品漂白、清洁和蚀刻、环境保护、健康消费等领域，而且由于其高效无害无残留的特点，在水体的杀菌消毒以及有机污染物的处理中也有重要作用。但是现有工业生产过氧化氢溶液主要采用电解法或蒽醌法，两种方法的设备均需要消耗大量的电力能源，而且步骤繁琐，对于场地要求高，只能大规模集中化生产，同时过氧化氢溶液不稳定，会在常温下自行分解为水和氧气，在运输和存储中均存在安全风险，给过氧化氢溶液的使用推广造成了限制。人们需要一种能够小型化、少量化、高效率生产过氧化氢溶液的生产装置。


技术实现要素：

3.针对上述提到的现有技术中的过氧化氢身产设备规模太大、耗能高、步骤繁琐的问题，本实用新型提供一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，利用电化学方法生产过氧化氢溶液，设有模块化设置的电解模块，既能单独使用也可以组合使用，使用者能够根据需要的过氧化氢溶液浓度增加或减少电解模块的数量，同时电解模块内通过对电解电极的设置，增加了反应面积，提高了电化学生产过氧化氢溶液的效率，能够迅速的产生浓度更高的过氧化氢溶液，
4.本实用新型解决其技术问题采用的技术方案是：一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，包括一个以上能够独立或串联使用的电解模块，所述电解模块包括电解液腔体和设置在电解液腔体内的电解电极，所述电解电极包括阳极电极和阴极电极，所述电解液腔体上设有电连接装置，所述电解电极通过所述电连接装置与供电电源电连接或与其他电解模块的电解电极串联；当两个以上的电解模块串联时，所述电解模块的电解液腔体连通，所述电解液腔体上设有密封连接处的密封连接装置。
5.本实用新型解决其技术问题采用的技术方案进一步还包括：
6.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述电解液腔体包括固定腔体和腔体板，所述固定腔体中通，所述腔体板可拆卸的安装在所述固定腔体两端的开口并封闭所述开口，所述密封连接装置设置在所述固定腔体上。
7.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述电解电极呈板状，所述电解电极与所述腔体板平行的设置在所述固定腔体内部，所述电解电极的其中三条边缘与所述固定腔体的内壁抵接且另一边缘与所述固定腔体的内壁之间设有供电解液流动的流动间隙；所述电解液腔体的电解液进出口设置在所述腔体板上，所述电解液进出口设置在与对应的流动间隙距离最大的腔体板边缘。
8.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述阳极电极
和阴极电极分别固定设置在所述固定腔体的两相对侧，所述所述阳极电极和阴极电极间隔设置，相邻电解电极的流动间隙设置在所述固定腔体的两相对侧。
9.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述密封连接装置为沿着所述固定腔体开口的边缘设置的密封圈，所述密封圈上设有安装所述腔体板的腔体板安装槽。
10.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，设有密封外壳，所述密封外壳内设有两个以上用于安装所述电解模块的模块安装位。
11.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述密封外壳包括能够相互扣合将所述电解模块密封在内的左壳体和右壳体。
12.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述左壳体和右壳体通过固定杆连接固定，所述左壳体和右壳体的对应位置设有插装所述固定杆的固定杆安装孔，所述固定杆的表面设有外螺纹，所述固定杆的两端分别设有紧固所述左壳体和右壳体的紧固螺母。
13.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，所述密封外壳上设有集流装置，所述电解模块的电连接装置通过所述集流装置与供电电源电连接。
14.如上所述的一种模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，设有控制所述电解模块输出功率的控制器，所述电解电极的阳极电极和阴极电极分别和所述控制器电连接，所述控制器和供电电源电连接。
15.本实用新型的有益效果是：本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置设有相互交错设置的阴极和阳极以及供电解液流动的流动间隙，在通电解液时电极之间可以形成“s”型的流体通道，改变了电解液的流向，增强了电解液中溶质粒子的质量传输速率，同时增加了电解液在电极间的存留时间，能够显著提升产生的过氧化氢总量；在过个电解模块组合并通过密封连接装置连接时，多个电极之间相互作用且存在电势差，使得每个电极的两面均参与电化学反应，有效电极面积最大化，提高了反应器的空间利用率，提升了过氧化氢的产生速率；此外模块化的设计使得本实用新型的过氧化氢生产装置能够灵活组合，不仅能够满足多种场景下不同的生产条件和不同浓度的过氧化氢溶液的需求，还能够方便的集成于空气和水体杀菌净化设备中。
16.下面将结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步说明。
附图说明
17.图1为本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例一的内部结构示意图；
18.图2为本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例二的内部结构示意图；
19.图3为本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例一、实施例二与其他反应装置产生的过氧化氢溶液浓度对比图；
20.图4为本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例二连续反应的过氧化氢溶液浓度变化图；
21.图中，1、电解模块，11、电解液腔体，111、固定腔体，112、腔体板，1121、电解液进出
口，113、流动间隙，12、电连接装置，13、密封连接装置，21、阳极电极，22、阴极电极，3、密封外壳，31、左壳体，32、右壳体，33、固定杆，34、固定杆安装孔，35、紧固螺母，36、集流装置，4、控制器，5、供电电源。
具体实施方式
22.本实施例为本实用新型优选实施方式，其他凡其原理和基本结构与本实施例相同或近似的，均在本实用新型保护范围之内。
23.本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例一参照图1所示，设有一个电解模块1。电解模块1设有电解液腔体11，电解液腔体11内设有一组电解电极，电解液腔体11上设有电连接装置12，电解电极通过电连接装置12与供电电源5电连接，电解液腔体11上设有密封连接装置13。电连接装置12可以是穿过电解液腔体11与设置在电解液腔体11内部的电解电极连接的导线，也可以是一体成型在电解液腔体11上的导电电极，本实施例中为了方便电解模块1之间的串联，采用了连接空间更大的导线，电解电极通过导线与供电电源5电连接。
24.本实施例中，为了方便在需要时加装电解模块1，电解液腔体11包括固定腔体111和腔体板112，固定腔体111中通，腔体板112可拆卸的安装在固定腔体111两端的开口并封闭开口，密封连接装置13设置在固定腔体111上。密封连接装置13为沿着固定腔体111开口的边缘设置的密封圈，密封圈上设有安装腔体板112的腔体板安装槽。本实施例中密封圈为吸盘式密封圈，在具体生产实施中可以根据需要采用不同的密封圈，当加装电解模块1时，将连接处的腔体板112拆除，两个密封连接装置13放置到相对的位置，用力按压使密封圈吸盘状的边缘相互吸附在一起，则相邻的两个电解模块1的电解液腔体11的连接处被密封连接装置1密封连接。在具体生产实施中，密封连接装置13除了使用吸盘式密封圈外，还可以采用卡扣等有效的密封结构，为了使密封连接装置13能够更耐用可靠，可以采用丁腈橡胶、塑料、金属、有机高分子复合材料等材料制作。
25.本实施例中的电解电极呈板状，电解电极设置在固定腔体111内部，而且与设置在固定腔体111两端开口的腔体板112平行设置，电解电极的其中三条边和固定腔体111的内壁抵接，另一条边缘和对应的固定腔体111内壁之间形成一条供电解液流动的流动间隙113。为了保证电解电极的稳定，固定腔体111的内壁上还可以根据需要设置固定电解电极的插槽。电解液腔体11的电解液进出口1121设置在腔体板112上，为了使电解液充分的与电解电极接触，本实施例中，电解液进出口1121设置在与对应的流动间隙113距离最大的腔体板112边缘。
26.本实施例中每组电解电极包括一个阳极电极21和一个阴极电极22，阳极电极21和阴极电极22分别固定设置在固定腔体111的两相对侧，阳极电极21和阴极电极22间隔设置，相邻电解电极的流动间隙113设置在固定腔体111的两相对侧，使得电解电极之间可以形成“s”型的流体通道，改变了电解液的流向，增强了电解液中溶质粒子的质量传输速率，同时每个电极的两面均参与电化学反应，有效电极面积最大化，能够提升产生的过氧化氢总量和生产速率。本实施例中，阴极电极22选用了多孔石墨板，在具体生产实施中，阴极电极22材料可以选用选泡沫镍、多孔石墨板、烧结钛、活性炭毡、碳纸等具有三维结构的材料，以利于阴极催化剂的附着，同时提高阴极电极22的相对表面积，提升产生过氧化氢的效率。阳极
电极21采用了玻璃碳，在具体生产实施中，阳极电极21的材料可以选用铂、钯、钉、铑、铱、锇、金等性质稳定不易被氧化的金属或其合金，以及使用掺硼金刚石薄膜、玻璃碳等具有宽的电化学势窗、较好的物理化学稳定性以及低吸附特性的非金属材料。为了抑制阴极电极22处发生四电子氧还原反应的发生造成的过氧化氢溶液浓度降低，阴极电极22上还可以涂覆催化剂来促进二电子氧化还原反应的进行；而在阳极电极21则可以涂覆促进水氧化反应的催化剂来促进水氧化反应的发生，提高过氧化氢的产率。
27.本实施例中，供电电源5为铅酸电池，阳极电极21通过电连接装置12与铅酸电池的正极连接，阴极电极22通过对应的电连装置12与铅酸电极的负极连接。在具体生产实施时，可以根据生产条件选用锂电池、铅酸电池、镍氢电池、干电池等电源，也可以通过相应的电路将市电交流电转化为直流电后使用。
28.本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置实施例二参照图2所示，设有三个实施例一所述的电解模块1和一个密封外壳3，密封外壳3内设有多个模块安装位。本实施例中，为了方便安装和密封电解模块，本实施例的密封外壳3包括能够相互扣合将电解模块1密封在内的左壳体31和右壳体32。为了方便配合不同数量的电解模块1使用，更好的密封连接的多个电解模块1，左壳体31和右壳体32通过固定杆33连接固定，左壳体31和右壳体32的对应位置设有插装固定杆33的固定杆安装孔34，固定杆33的表面设有外螺纹，固定杆33的两端分别设有紧固左壳体31和右壳体32的紧固螺母35。组装时将多个电解模块1连接好后安装到左壳体32和右壳体32之中，固定杆33分别穿过左壳体32和右壳体32上的固定杆安装孔34，然后从两侧用紧固螺母35将左壳体32和右壳体32从两侧固定，压紧设置在中间的电解模块1，使得各个电解液腔体11之间的密封更好。为了方便进出电解液，左壳体32和右壳体32上分别设有与腔体板113上的电解液进出口1121配合的通孔。为了方便固定安装模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，本实施例的密封外壳上还设有与螺母螺栓配合使用的固定
29.为了方便给三个电解模块1供电，本实施例的密封外壳3上设有集流装置36，分别为设置在固定连接阳极电极21的固定腔体111一侧的阳极集流板和设置在设置在固定连接阳极电极21的固定腔体111一侧的阴极集流板，三个电解模块1的电连接装置12分别穿过固定腔体111与设置在对应位置的集流装置36电连接，集流装置36与供电电源5电连接。
30.为了方便控制电解模块1电解生成过氧化氢溶液的效率，本实施例的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置还设有控制电解模块1输出功率的控制器4，电解电极的阳极电极21和阴极电极22分别通过对应的集流装置36和控制器4电连接，阳极集流板和控制器4的正极输出电连接，阴极集流板和控制器的负极输出电连接，控制器4和供电电源5电连接。本实施例中，供电电源5为锂电池，在具体生产时始终，可以根据生产条件选用锂电池，铅酸电池，镍氢电池，干电池等电源，也可以通过相应的电路将市电交流电转化为直流后使用。
31.通过以下实验证明本实用新型的有益效果。
32.实验一
33.一、实验设计
34.使用非流动式不锈钢电极电解槽作为对比试验，实验1、2分别采用本发明的实施例一、二的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，均以1l矿泉水为电解液，分别
在试验装置中循环反应一小时，每十分钟测试一次电解槽和解液进出口1121中流出的过氧化氢溶液的浓度。
35.采用如表一所示的试验条件进行试验：
[0036][0037]
二、试验结果分析
[0038]
表二
[0039][0040]
试验结果参照表二和图3所示，试验组1中采用本实用新型和实施例一的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，在一小时的实验时仅使用1l矿泉水的情况下，浓度约为100mg/l的过氧化氢溶液，远高于对比试验的过氧化氢溶液浓度。而试验组2中，采用了实施例二的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，增加相应的电解模块1的数量后，1h可产生的过氧化氢溶液浓度达到200mg/l，产生过氧化氢的速率有明显提升。而作为对比实验的非流动式不锈钢电极电解槽仅能产生浓度为2mg/l左右的过氧化氢溶液，说明本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置生成过氧化氢的能力远优于目前常用的非流动式不锈钢电极电解槽，能够满足日常实用的需要。
[0041]
实验二
[0042]
一、实验设计
[0043]
采用实施例二的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置，以3l矿泉水为电解液，在试验装置中循环反应540min，每10min测试一次电解液进出口1121中流出的过氧化氢溶液的浓度。
[0044]
二、试验结果分析
[0045]
实验结果参照图4所示，在使用矿泉水作为电解液的情况下，实施例二的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置经过30min后，可有效产生浓度为70mg/l的过氧化
氢溶液，产生的过氧化氢总量达到200mg以上；反应60min后，过氧化氢溶液浓度达到150mg/l，产生的过氧化氢总量达到450mg；反应120min后，过氧化氢溶液浓度达到210mg/l，产生的过氧化氢总量为630mg；反应240min后，过氧化氢溶液浓度已经达到250mg/l，产生的过氧化氢总量为750mg，说明本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置具有快速产生所需浓度过氧化氢溶液的能力，能够满足空气杀菌消毒、空气有机气体去除、水体杀菌消毒、水体净化、纺织物漂白、农业病虫害防治等领域的使用需要。
[0046]
本实用新型的模块化的多电极流动型过氧化氢电化学生成装置设有相互交错设置的阴极和阳极以及供电解液流动的流动间隙，在通电解液时电极之间可以形成“s”型的流体通道，改变了电解液的流向，增强了电解液中溶质粒子的质量传输速率，同时增加了电解液在电极间的存留时间，能够有显著提升产生的过氧化氢总量；在过个电解模块组合并通过密封连接装置连接时，多个电极之间相互作用且存在电势差，使得每个电极的两面均参与电化学反应，有效电极面积最大化，提高了反应器的空间利用率，提升了过氧化氢的产生速率；此外模块化的设计使得本实用新型的过氧化氢生产装置能够灵活组合，不仅能够满足多种场景下不同的生产条件和不同浓度的过氧化氢溶液的需求，还能够方便的集成于空气和水体杀菌净化设备中。