[发明专利]一种臭氧电解槽

说明书

本发明公开了一种臭氧电解槽，包括绝缘框、第一电极、第二电极、电极支撑装置、电解质膜；所述电解质膜在所述电极支撑装置的支撑下呈现波浪形，与所述电极支撑装置之间形成水气快速通道。本发明通过设置水气快速通道用水流强化扩散，抑制了电解过程中的气堵效应和热量累积，提高了电解效率，适用于在线化制备臭氧水；本发明通过选择耐腐蚀材料作为各部件材质以及在电解槽运行时定时切换倒极，延长了装置的使用寿命。

技术领域

本发明涉及臭氧水制备技术领域，具体属于一种在线制备臭氧水的臭氧电解槽。

背景技术

臭氧是自然界最强的氧化剂之一，具有极强的氧化性，臭氧溶解于水得到臭氧水。电解水产生的臭氧水不会额外引入硝酸根离子，在消毒、食品、医疗、电子领域有广阔的前景。目前，一种较佳的电解水产生臭氧的电极材料为导电金刚石(BDD)，该材料由金刚石掺硼制成，导电金刚石电极有宽电化学势窗、低背景电流、极耐臭氧腐蚀，以及低吸附等特性，能够提高电解水制备臭氧的电解效率。

人工电解获得臭氧水或臭氧气体的方法之一是：两片导电金刚石片电极之间夹固体电解质膜,电源正负极分别接两片导电金刚石电极，通过电极电解水获得较高浓度的臭氧或臭氧水。设置固体电解质膜的目的在于只选择性允许离子透过，同时降低电回路的电阻，从而提高电解效率。这样的结构工作电流大，要求电回路电阻足够小，金刚石电极与固体电解质膜的贴合必须紧密，以将大电流引入到电解工作介质中，但贴紧后水流无法进入金刚石片与固体电解质膜的间隙，使得电解产生的臭氧也无法及时地扩散，无法扩散的气体造成气堵效应，阻碍了电解的持续进行，另一方面电解产生的热量也会累积，进一步降低了臭氧在水中的溶解度从而加剧上述效应。常规的制备臭氧水的方式是离线化进行的，通过提供足够的电解时长，让臭氧充分溶解扩散，并充分散热，使水中臭氧浓度累积并达到合适水平。而对于在线化的臭氧水制备来说，这是个包含流量与臭氧浓度之间的权衡、大电流工作条件与气体扩散之间的权衡、结构紧密程度与热量扩散之间的权衡等多重矛盾冲突的结构。解决上述矛盾的方案之一是金刚石片开孔开槽，但由于热膨胀系数的原因，目前金刚石片基材多为硅片或其他半导体材料，硅片取孔开槽较难加工，成品合格率低，不适合工业规模量产，取孔开槽后的金刚石片在大电流工作条件也极容易碎裂。

发明内容

为了解决导电金刚石电极与固体电解质膜必须紧密贴合以降低电回路电阻，以及使电解产生的臭氧必须快速扩散之间的矛盾，本发明通过在金刚石电极层与固体电解质膜之间架设沿水流顺向设置的电极支撑装置，在金刚石电极层与固体电解质膜之间构成水气通道，使臭氧水和臭氧气体沿水气通道快速通过电极表面，从而提高了制备臭氧水的电解效率。

为实现上述目的，本发明提供了一种臭氧电解槽，包括：绝缘框、第一电极、第二电极、第一电极支撑装置，第二电极支撑装置、电解质膜；

所述第一电极包括第一电极金属片和第一金刚石电极层，所述第二电极包括第二电极金属片和第二金刚石电极层；所述第一金刚石电极层和所述第二金刚石电极层的材质均为导电金刚石材料；

所述第一电极金属片、所述第一金刚石电极层、所述第一电极支撑装置、所述电解质膜、所述第二电极支撑装置、所述第二金刚石电极层、所述第二电极金属片由上至下依次设置；

所述第一金刚石电极层、所述第一电极支撑装置、所述电解质膜、所述第二电极支撑装置、所述第二金刚石电极层均位于所述绝缘框内；所述第一电极金属片、所述绝缘框、所述第二电极金属片依次紧密贴合形成耐压腔体，能够承受水流通过时的压力；

所述绝缘框的两侧设置有进水口和出水口，所述绝缘框的内部具有分别与所述进水口和所述出水口连通的进水腔和出水腔；所述进水腔位于所述电解质膜与所述进水口之间，所述出水腔位于所述电解质膜与所述出水口之间；