一种电解式一体化臭氧水制备装置

技术领域

本发明属于电化学技术领域，具体涉及一种电解式一体化臭氧水制备装置。

背景技术

臭氧水是一种强氧化剂、广谱消毒剂。其臭氧（O

本发明之前，已有较多的专利技术，如ZL201520255316.5、ZL20142002577.8、201220541099.2、201721894429.5/202110101173.2来研究臭氧水的制备方法。上述专利技术在制备臭氧水工艺中均采用两步法，首先引入原料水制备臭氧气体，生成的臭氧气体和水分离后，再在另外一个反应容器中与纯净水混合，通过曝气、射流或溶气泵的作用，促进臭氧的溶解。曝气装置中其臭氧利用率只有10%左右；射流装置中其臭氧利用率约为20%；溶气泵混合装置其臭氧利用率可达60%。上述臭氧水制备装置存在结构复杂、臭氧利用率低等不足之处。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种电解式一体化臭氧水制备方法及装置。通过本发明的装置，臭氧的发生和溶解在一个装置内发生，装置结构简单，臭氧利用率高。

依据亨利定律（Henry

电解式臭氧发生原理是：水在阳极界面失去电子，产生质子（H

臭氧通过气/水混合装置溶于水，生成臭氧水（O

本发明的电解式一体化臭氧水制备装置，包括膜电极组件和阴极室，所述膜电极组件依次由阴极多孔集电器、阴极催化剂层、阳离子交换膜、阳极催化剂层和阳极多孔集电器构成，所述阴极多孔集电器、阴极催化剂层组成多孔阴极板，所述阳极催化剂层兼作微孔增压层，所述阳极多孔集电器兼作微孔稳压层，所述阴极室底部有阴极排水口，顶部有氢气出口与催化消氢器连接，所述微孔稳压层底部有纯净水阳极进口，所述微孔稳压层顶部有臭氧水出口。

所述多孔阴极板连接有阴极接线端，所述微孔稳压层连接有阳极接线端。

所述催化消氢器的侧部有空气进口，顶部有水/汽出口。

所述纯净水阳极进口与纯水机连接，所述纯水机还有自来水进口。

本发明的装置，不再使用阳极室，由微孔增压层和微孔稳压层构成现场气/水混合组件。

所述微孔增压层由颗粒状阳极催化剂组成。催化剂颗粒尺寸控制在5-30μm，最优尺寸为10μm。

所述的阳极催化剂，它由β二氧化铅（β-PbO

所述的微孔稳压层，由抗电化学及化学腐蚀和抗钝化的贵金属及其氧化物组成。具体地，它为铂、铱、钽及其氧化物组成。颗粒尺寸控制在5-30μm，最优尺寸为10μm。

所述的微孔增压层和微孔稳压层中的成分，是现有技术中的一部分，本发明不作赘述。

本发明装置工作时，质子交换膜/微颗粒阳极催化剂界面上产生的臭氧气体在微孔内现场产生自增压效应，使臭氧气泡直径迅速减小，增加臭氧气的溶解度，现场制备高浓度臭氧水。微孔增压层产生的臭氧水中剩余的臭氧气继续在所述的微孔稳压层内稳压，并延长停留时间，进一步增加臭氧气在水中的溶解度。

所述的微孔增压层、微孔稳压层和质子交换膜，彼此之间为“零间距”结构，便于气/水逆向扩散传质。

本发明的电解式一体化臭氧水制备装置，无曝气、无射流、无溶气泵等部件，结构紧凑，能即开即产生高浓度臭氧水，装置内设有催化消氢器，使副产物H

附图说明

附图1为电解式一体化臭氧水制备装置结构示意图。

1-臭氧水出口；2-微孔稳压层；3-阳极接线端； 4-纯水机；5-自来水进口；6-阳离子交换膜；7-催化消氢器；8-纯净水阳极进口；9-微孔增压层 ；10-阴极排水口；11-多孔阴极板；12-阴极室；13-阴极接线端 ；14-氢气出口；15-空气进口 ；16-水/气出口。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中附图，对本发明实施例中电解式一体化臭氧水制备方法及装置作进一步完整的描述。

为克服已有同类技术的不足，依据亨利定律（Henry

本发明的技术措施是：不需要曝气、射流、溶气泵装置，而采用臭氧气发生和气/水混合一体化设计，使其臭氧气产生和气/水混合同步进行，实现即开机即产生高浓度臭氧水的功能。

所述的电解式一体化臭氧水制备装置，电解式臭氧发生原理是水在阳极/阳离子交换膜界面失去电子，产生质子（H

本发明的一体化臭氧水制备方法及装置，包括膜电极组件和阴极室12，所述膜电极组件依次由阴极多孔集电器、阴极催化剂层、阳离子交换膜18、阳极催化剂层和阳极多孔集电器构成，所述阴极多孔集电器、阴极催化剂层组成多孔阴极板11，所述阳极催化剂层兼作微孔增压层9，所述阳极多孔集电器兼作微孔稳压层2，所述阴极室底部有阴极排水口10，顶部有氢气出口14与催化消氢器17连接，所述微孔稳压层2底部有纯净水阳极进口8，所述微孔稳压层2顶部有臭氧水出口1。

微孔增压层和微孔稳压层构成现场气/水混合组件。

微孔增压层它由微孔的颗粒阳极催化剂组成。

所述的颗粒阳极催化剂，它由β二氧化铅（β-PbO

阳极催化剂颗粒尺寸控制在5-30μm，最优尺寸为10μm。

微孔稳压层由抗电化学及化学腐蚀和抗钝化的贵金属及其氧化物组成。它为铂、铱、钽及其氧化物组成。

电解式臭氧发生器工作时，在质子交换膜/微颗粒阳极催化剂界面上产生的臭氧气体在微孔内现场产生自增压效应，使臭氧气泡直径迅速减小，依据亨利定律（Henry

在由微孔增压层产生的臭氧水中尚未溶解的臭氧气在稳压层内延长停留时间，进一步增加臭氧气在微孔内的溶解度。

所述的微孔增压层、微孔稳压层和阳离子质子交换膜，组成的现场气/水生成、混合组件，为“零间距”结构，便于气/水逆向传质扩散，进一步增加了臭氧气在水中的溶解度。

实施例一、本发明的电解式一体化臭氧水制备装置如附图所示，所述纯净水阳极进口与纯水机4连接。该装置内所设置的微孔增压层9厚度为1.4mm；长为60mm；宽为60mm;微孔稳压层2厚度为1.2mm；长为60mm；宽为60mm。主要技术参数为：电解式臭氧发生器直流工作电流为48A；槽电压为：直流3.6V。纯净水阳极进口流量控制为100L/h，臭氧理论产量为14.30g/h，实际产量为3.58g/h，臭氧重量百分浓度为25%，出口臭氧水浓度为22.94mg/L，臭氧水出口流量为100L/h，臭氧利用率66%，臭氧水浓度≥20mg/L。

本发明由于采用电解式臭氧气和气/水现场混合组件一体化结构，在无曝气、无射流、无溶气泵装置的情况下实现了即开机即产生高浓度臭氧水。其装置结构紧凑，生产成本大幅度降低，臭氧利用率≥60%，臭氧水浓度高≥20mg/L，应用领域广泛，市场适应性强。