[发明专利]一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置及方法

说明书

一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置及方法，涉及电化学制备臭氧技术领域。本发明将BDD电极作为催化电极，利用其制备Osubgt;3/subgt;。并且在产生臭氧的同时，能够产生氧化活性强的自由基，从而利用自由基去降解废水中的有机污染物。方法：按照BDD电极‑全氟磺酸质子交换膜‑不锈钢电极的顺序进行组装，然后通过分别夹住阳、阴极，并通过电极夹上的导线与电源的正、负极电连接，再将固定后的BDD电极‑全氟磺酸质子交换膜‑不锈钢电极置于电解池内，得到无电解质/零极距电解体系电解纯水装置；将电解池内加入纯水，电解纯水制备臭氧。本发明可获得一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置及方法。

技术领域

本发明涉及电化学制备臭氧技术领域，具体涉及一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置及方法。

背景技术

自从报道电化学技术产生以来，许多研究者对其进行了深入地研究。最值得关注的是可以利用电化学技术制备臭氧，电流和电压是运行过程中主要控制点，自动化水平较高，反应装置体积小。此外，在电化学氧化技术中，还会产生其它活性自由基，已广泛应用于印染、冶炼和电镀等行业废水的处理。在处理复杂废水中一些难降解有机污染物的过程中，电化学氧化表现出了令人满意的去除效果。

然而，电化学技术在制备臭氧过程中也存在着两点主要的缺陷：一是电极材料，催化电极在电催化反应器中处于“心脏”地位，是电催化高级氧化技术中的关键问题。性能良好的催化电极要求具有较强的耐腐蚀性，还需要有较好的催化活性。开发高效经济的电极材料是电化学技术制备臭氧发展的重要方向，也是目前研究的难点和热点。二是对于电解质，根据以往的研究，在产生臭氧过程中需要添加大量电解质或者在强酸性条件下，这就需要对反应后的溶液进行除盐和降酸处理，增大成本。因此，如何在不添加电解质或者在中性条件的情况下制备臭氧是研究难点，亟需广大科研人员进行研究。

为了克服以上缺陷，研究人员进行了大量的探讨，最常规的做法就是对不耐腐蚀，稳定性差的催化电极进行改性，以提高它的稳定性和耐腐蚀性。然而，改性后制备臭氧时仅仅降低了电解质浓度和酸性，并没有达到绿色的标准。因此，我们需要探究寻求一种稳定性好，催化活性高，绿色无污染，电转换效率高电极。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术存在的问题，而提供一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置及方法。

一种无电解质/零极距电解体系电解纯水制备臭氧的装置，由阳极、阴极、全氟磺酸质子交换膜、电解池和电源组成，所述的阳极、阴极和全氟磺酸质子交换膜设置在电解池内，全氟磺酸质子交换膜设置在阳极和阴极之间；所述的电源的正极通过导线与阳极电连接，电源的负极通过导线与阴极电连接。

利用所述的无电解质/零极距电解体系电解纯水装置制备臭氧的方法，按以下步骤进行：

步骤一：在BDD(掺硼金刚石)电极和不锈钢电极的两侧均粘贴铜导电胶，同时按照BDD电极-全氟磺酸质子交换膜-不锈钢电极的顺序进行组装，并利用扎带进行固定，然后通过分别夹住阳、阴极，并通过电极夹上的导线与电源的正、负极电连接，再将固定后的BDD电极-全氟磺酸质子交换膜-不锈钢电极置于电解池内，得到无电解质/零极距电解体系电解纯水装置；

步骤二：将电解池内加入纯水，然后在5～15V的电压条件下电解纯水制备臭氧。

本发明的有益效果：

(1)由于BDD电极具有极高的析氧电位、最宽的电化学窗口、极低的析氢电位及耐强酸强碱腐蚀，是电化学技术制备臭氧的理想阳极材料。因此本发明将BDD电极作为催化电极，利用其制备O₃。并且在产生臭氧的同时，能够产生氧化活性强的自由基从而利用自由基去降解废水中的有机污染物。

(2)本发明采用电极零极距方式进行组合，能够在不添加任何电解质的纯水中实现臭氧的制备，此外阴极采用不锈钢电极，减小了运行成本。同时，在电极和质子膜循环利用方面，两者都达到了良好的循环利用性。