[实用新型]一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置

说明书

本实用新型属于氢能源制备和环境净化技术领域，具体涉及一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置。本实用新型所述的装置结构主要包括光伏供电系统、阴极水分解制氢室、阳极尿素污染物降解室和气体干燥器，所述光伏供电系统，由光伏电池和银制连接线构成，所述阴极水分解制氢室由电解槽、电解槽中的析氢催化剂电极、电解液构成，所述阳极尿素污染物降解室由电解槽、电解槽中的尿素氧化催化剂电极、电解液构成，配备尿素浓度检测器，所述气体干燥器为分子筛干燥器。本装置尿素氧化反应的选择性高达99%，且其结构简单、操作方便、运营成本低、实用性强，可以高效且便捷的进行产氢和含尿素污水的净化。

技术领域

本实用新型属于氢能源制备和环境净化技术领域，尤其涉及一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置。

背景技术

氢能是一种高能量密度、零碳排放的清洁能源。氢能源取代传统的化石燃料（煤、石油、天然气等），可以优化能源结构，最大限度地降低碳排放，推动“碳中和”的实现。光伏电催化水分解制氢是将取之不尽的太阳能转换为清洁的氢能源，其太阳能到氢能的转换效率通常大于10%，因而这一近乎“零运营成本”的制氢手段有潜力带来巨大的经济效益。由于阳极的水氧化反应是水分解制氢反应动力学上的限速步骤，为进一步降低两极间所需电压，提高电流进而增大单位时间的产氢量，将阳极的水氧化反应替换为理论电位更低的其他氧化反应将是一种行之有效的手段。

尿素，又称脲，其理论氧化电位为0.37 V，远小于水氧化的电位（1.23 V），因而如果用尿素氧化反应替换水分解反应，将会大大减小驱动两电极反应的电压。此外，生产生活中，尿素是含氮量最高的氮肥，广泛用于各种土壤环境中。在工业生产尿素的过程中不可避免会排放含有尿素的废水，土壤中施肥不当剩余的过量尿素也会渗入地下水而排放，最终造成环境污染。目前已有的尿素降解方法面临造成二次环境污染等问题，因而实际应用中亟需高效且环保的手段来解决水质中的尿素污染。

光伏驱动的电化学氧化尿素降解反应不仅是高效且无二次污染的水质净化方法，且其可以与光伏驱动的水分解产氢反应进行耦合，有效降低水分解的两极反应电压，从而实现对太阳能更大程度的利用。制氢和污染物降解的同时进行，带来氢能源生产和环境净化的双重效益。因而该装置具有重要的工业应用价值。

发明内容

本实用新型目的在于提供一种光伏电池驱动的制氢耦合尿素污染物降解净化的装置。

本实用新型通过下述方案来实现：

本实用新型的光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置，其特征在于，包括光伏供电系统、阴极水分解制氢室、阳极尿素污染物降解室和气体干燥器；所述光伏供电系统，由光伏电池和银制连接线构成；所述阴极水分解制氢室和阳极尿素污染物降解室分别位于电解槽左右两侧，二者之间由质子交换膜隔开，其中所述阴极水分解制氢室由右侧电解槽、析氢催化剂电极、电解液构成，所述阳极尿素污染物降解室由左侧电解槽、尿素氧化催化剂电极、电解液构成，同时配备尿素浓度检测器用于监测电解液中尿素的浓度；所述气体干燥器为分子筛干燥器。

本实用新型的一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置，所述光伏电池为商用的硅基太阳能电池，包括单晶硅、多晶硅、非晶硅太阳能电池。

本实用新型的一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置，所述阴极水分解制氢室和阳极尿素污染物降解室由质子交换膜隔开，分别在两部分进行电解水产氢反应和尿素氧化反应，所述水分解阴极制氢室由密封盖密封，产生的氢气由导气管路导出。

本实用新型的一种光伏驱动的水分解制氢耦合尿素污染物净化装置，所述析氢催化剂电极为商用催化剂电极，包括铂基电极、铂钛合金电极。所述尿素氧化催化剂电极为过渡金属基催化剂电极。

作为本实用新型的进一步改进，所述光伏电池可以进行串联和并联增大两极间电压和回路电流，最大程度地实现光伏电催化制氢和降解尿素。