一种采用水电解产生的氢气和氧气电合成过氧化氢的系统的制作方法

本技术涉及电化学，更具体的说是涉及一种采用水电解产生的氢气和氧气电合成过氧化氢的系统。

背景技术：

1、过氧化氢(h2o2)是世界上最重要的化学品之一。它使用后的降解产物是水和氧气，在环保和废水处理中广泛应用，其需求量每年也在递增。在工业上通过蒽醌法实现了规模化生产，专利cn104495756a公开了一种蒽醌法制备过氧化氢的氢化方法，将含氢气气体和蒽醌类工作液通入含有催化剂的固体颗粒的流化床中进行所述的氢化，氢化的压力为0.15～0.35mpa，温度为40～75℃，在氢化过程中流化床保持鼓泡或湍流，含氢气气体的总线速度为2～30cm/s，其中氢气占该气体总体积的40～100％，其余为氮气，流化床的澄清床浓度不低于0.3g/cm3，流化床中的固体颗粒密度小于0.3g/cm3，粒径分布范围为20～300微米，蒽醌类工作液中的蒽醌浓度为120～200g/l。但上述方案中面临着大量废物产生的问题，难以满足绿色、可持续和低碳化学工业生产的标准。

2、氢氧直接合成法是将氢气和氧气混合直接合成h2o2具有极高的原子利用率，但此方法在实际应用中主要存在安全性问题，既氢气(h2)和氧气(o2)的混合气体存在很大的爆炸风险，其爆炸限很宽为6～96％o2，而该法o2与h2最佳比为5:1～20:1。除此之外，虽然h2o2的生产成本得到了极大地控制，但是由于其自身的不稳定性，容易发生歧化反应而分解，不宜长期运输。因此，基于安全性和经济性方面综合考虑原位生产h2o2的方法显得尤为重要。

3、因此，亟需一种采用水电解产生的氢气和氧气电合成过氧化氢的系统。

技术实现思路

1、基于上述现有技术中的问题，本实用新型提供了一种采用水电解产生的氢气和氧气电合成过氧化氢的系统，并具体公开了以下技术方案：

2、一种采用水电解产生的氢气和氧气电合成过氧化氢的系统，包括依次循环连通的电解和合成装置、分离和纯化装置以及存储装置，所述分离和纯化装置用于处理所述电解和合成装置电解工作后的原料，并通过所述存储装置循环向所述电解和合成装置提供合成工作时所需原料，所述电解和合成装置顶端设有过氧化氢溶液出口，所述过氧化氢溶液出口连通所述存储装置，用于存储合成工作后所获得的过氧化氢溶液，所述电解和合成装置电连接有控制装置，所述控制装置用于控制所述电解和合成装置中电解工作以及合成工作的切换，监控所述电解和合成装置的电压、电流以及时间。

3、进一步地，所述电解和合成装置包括依次连接的氢气室、氢电极室、氧电极室以及氧气室，所述氢电极室与所述氧电极室连接处设有电解质膜，且被所述电解质膜分隔成两个独立腔室，所述氢电极室与所述氧电极室均电连接所述控制装置，所述氢电极室内设有氢电极，所述氧电极室内设有氧电极，所述氢气室远离所述氢电极一侧顶部设有氢气出口，底部设有氢气进口，所述氧气室远离所述氧电极一侧顶部设有氧气出口，底部设有氧气进口，所述氢气出口以及所述氧气出口分别连通所述分离和纯化装置，所述氢气进口以及所述氧气进口分别连通所述存储装置，所述氢电极室底端设有电解液进口一，所述氧电极室顶端设有过氧化氢溶液出口，底端设有电解液进口二，所述过氧化氢溶液出口连通所述存储装置，所述电解液进口一以及所述电解液进口二分别连通所述存储装置。

4、进一步地，所述电解质膜包括紧密贴合的质子交换膜以及nafion膜，所述质子交换膜远离所述nafion膜一端连接所述氢电极室，所述nafion膜远离所述质子交换膜一端连接所述氧电极室。

5、进一步地，所述氢电极采用含铂碳材料的气体扩散电极，所述氧电极采用含铂银合金、铂钯合金、铂镍合金、铂钴合金、钯铜合金中任意一种材料负载在碳基材料形成气体扩散电极。

6、进一步地，所述氢电极室与所述氧电极室之间的距离为3～40mm。

7、进一步地，所述分离和纯化装置包括第一分离模块、氢气纯化模块、第二分离模块以及氧气纯化模块，所述存储装置包括依次设置的过氧化氢储罐、氧气罐、电解液储罐和氢气罐，所述氢气出口连通所述第一分离模块进口端，所述第一分离模块出口端设有气体出口一以及液体出口一，所述气体出口一通过所述氢气纯化模块连通所述氢气罐进口端，所述液体出口一连通所述电解液储罐进口端，所述氧气出口连通所述第二分离模块进口端，所述第二分离模块出口端设有气体出口二以及液体出口二，所述气体出口二通过所述氧气纯化模块连通所述氧气罐进口端，所述液体出口二连通所述电解液储罐进口端，所述过氧化氢溶液出口连通所述过氧化氢储罐进口端。

8、进一步地，所述氧气罐出口端连通所述氧气进口，所述电解液储罐出口端分别连通所述电解液进口一以及所述电解液进口二，所述氢气罐出口端连通所述氢气进口。

9、进一步地，所述控制装置包括控制面板以及电源，所述电源与所述控制面板电连接，所述电源的两极分别与所述氢电极室以及所述氧电极室电连接，所述过氧化氢溶液出口与所述过氧化氢储罐进口端连通处设有浓度传感装置，所述电解液储罐出口端与所述电解液进口一以及所述电解液进口二连通处设有水压传感装置，所述氧气纯化模块与所述氧气罐进口端连通处设有氧气压力传感装置，所述氢气纯化模块与所述氢气罐进口端连通处设有氢气压力传感装置，所述浓度传感装置、所述水压传感装置、所述氧气压力传感装置以及所述氢气压力传感装置均电连接所述控制面板。

10、进一步地，所述电解液储罐出口端与所述水压传感装置连通处依次设有第一电解液出口阀、电解液泵以及第二电解液出口阀，所述氧气罐出口端与所述氧气进口连通处设有氧气浮子流量计，所述氢气罐出口端与所述氢气进口连通处设有氢气浮子流量计，所述浓度传感装置与所述过氧化氢储罐进口端连通处设有过氧化氢溶液进口阀，所述液体出口一与所述电解液储罐进口端设有第一电解液进口阀，所述液体出口二与所述电解液储罐进口端设有第二电解液进口阀，所述第一电解液出口阀、所述电解液泵、所述第二电解液出口阀、所述氧气浮子流量计、所述氢气浮子流量计、过氧化氢溶液进口阀、第一电解液进口阀以及第二电解液进口阀均电连接所述控制面板。

11、本实用新型的有益效果在于：

12、本实用新型中控制装置用于控制电解和合成装置中电解工作以及合成工作的切换，在电解工作下利用电解水技术将水电解，通过分离和纯化装置用于处理电解和合成装置电解工作后的原料并输入存储装置，存储装置循环向电解和合成装置中提供合成工作时所需原料，在合成工作下生成过氧化氢并存储至存储装置，电解和合成装置将电解工作与合成工作分开进行，避免了氢氧直接合成过氧化氢过程中存在的爆炸风险；控制面板电连接氧气浮子流量计、氢气浮子流量计、第一电解液出口阀以及第二电解液出口阀等，可通过调节控制面板所施加的电位、时间以及气体/液体流量来控制过氧化氢的生成速率及其浓度的累积，最终得到所需浓度的过氧化氢溶液；电解质膜包括依次连接的质子交换膜以及nafion膜，nafion膜的设置可介导质子扩散和加快过氧化氢的传质，有效避免其再吸附进一步被转化为h2o的过程；本实用新型为便携式设备，避免了大量高浓度过氧化氢的存储和运输构成了安全隐患，也扩大了过氧化氢的使用范围。