本發(fā)明涉及電化學(xué)，具體為一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置及方法。

背景技術(shù)：

1、過氧化氫(h2o2)是一種高價值的綠色化學(xué)氧化劑，廣泛應(yīng)用于如紙張和纖維的漂白，其他化學(xué)物質(zhì)的合成，消毒和水處理等。工業(yè)上，h2o2是通過能源密集型的蒽醌工藝生產(chǎn)的。為了降低運輸成本和安全問題，電化學(xué)合成為生產(chǎn)h2o2提供了另一種途徑。

2、電化學(xué)生成h2o2的一個眾所周知的途徑是通過o2的電還原(2e-orr)。此外，電化學(xué)水氧化(2e-wor)可以考慮作為原位生成h2o2的另一種途徑。與2e-orr相比，2e-wor可以利用大量的h2o作為反應(yīng)物，避免因o2在水中溶解度低的問題導(dǎo)致使用壓縮空氣或氣體擴(kuò)散電極。

3、因此，如何提供一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置及方法，成為了本領(lǐng)域技術(shù)人員急需解決的技術(shù)問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術(shù)存在的空缺，提供了一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置及方法，電解槽通過陰極電極的陽離子交換膜將其分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室。陰極室通過陰極電極發(fā)生電解水產(chǎn)氫反應(yīng)得到含活性氫的堿性電解還原水，陽極室利用陽極電極發(fā)生2e-wor反應(yīng)得到含過氧化氫的電解氧化水。

2、為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供了一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，裝置整體呈堆疊式結(jié)構(gòu)，包括：依次設(shè)置的陰極端板、陰極電極、陽極電解液倉、陽極電極和陽極端板；陰極電極將裝置整體分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室；所述陰極端板內(nèi)靠近的陰極電極一側(cè)設(shè)有蛇形流道，用于流過反應(yīng)所需的陰極電極液；所述陽極電解液倉中盛有反應(yīng)所需的陽極電解液。

3、進(jìn)一步的，所述陰極電極通過陽離子交換膜表面噴涂催化層且所述催化層側(cè)熱壓鈦氈制得，其中陽離子交換膜無催化層側(cè)朝向陽極電解液倉。

4、進(jìn)一步的，所述催化層由高導(dǎo)電材料制成，包括鉑碳材料、鉑鈷材料、鉑鎳材料；將所述高導(dǎo)電材料與全氟磺酸萘酚樹脂分散液按一定的比例在醇/水溶液中預(yù)混、超聲分散后并進(jìn)一步經(jīng)球磨獲得分散良好的墨水，利用噴槍噴涂在陽離子交換膜表面。

5、進(jìn)一步的，全氟磺酸萘酚樹脂分散液與高導(dǎo)電材料的質(zhì)量比值為0.1～1.5；所述醇水的質(zhì)量比值為0.1～2.0；所述催化層的載量為0.1～2mg/cm2，全氟磺酸萘酚樹脂的占比為10～25％；其中，醇包括甲醇、乙醇或異丙醇；熱壓的溫度為110～150℃，時間為5～20min，壓力為5～20mpa。

6、進(jìn)一步的，所述陰極端板和陽極端板采用鈦板或不銹鋼板或?qū)щ娦粤己玫哪透g材料的任意一種，起到固定和集流的作用；其中，所述陰極端板和陽極端板通過導(dǎo)線分別于電源的負(fù)極和正極連接；所述電源電壓為1～30v，電流為1～10a。

7、進(jìn)一步的，陰極電解液為純水，陽極電解液為碳酸氫鹽或碳酸鹽的任意一種溶液或碳酸氫鹽和碳酸鹽的摩爾比為1:1～10的混合溶液；所述陽極電解液的鹽濃度為5～15wt％。

8、進(jìn)一步的，所述陰極端板底部設(shè)有陰極電解液入水口，頂部設(shè)有堿水出水口；所述陽極電解液倉底部設(shè)有陽極電解液入水口，頂部設(shè)有過氧化氫出水口；所述陰極電解液的流速和陽極電解液流速的比值為1～5:1。

9、進(jìn)一步的，所述陽極電極為氮摻雜氧化物電極；所述氮摻雜氧化物電極制備的方法步驟包括：

10、(1)將鈦載體材料在鹽酸溶液中經(jīng)水熱反應(yīng)，清洗干燥后得到氧化物電極；

11、(2)將氧化物電極和尿素在惰性氣氛下煅燒，得到氮摻雜氧化物電極。

12、進(jìn)一步的，其中，所述鈦載體材料為鈦網(wǎng)、鈦氈、鈦片、泡沫鈦的任意一種；所述鹽酸溶液的濃度為1～15wt％；所述水熱反應(yīng)的水熱溫度為120～220℃，水熱時間為10～30h；所述氧化物電極和尿素質(zhì)量比為1：5～15；惰性氣氛包括氬氣或氮氣或氫氬混合氣；煅燒溫度為500～800℃；煅燒時間為0.5～3h。

13、一種堿性電解離子水及過氧化氫的方法，包括：

14、陰極電解液純水通過陰極端板底部的入水口流入到其蛇形流道中進(jìn)入陰極室，在負(fù)載有催化層的陰極電極上發(fā)生電解水產(chǎn)氫反應(yīng)后產(chǎn)生氫氧根離子，氫氧根離子進(jìn)入陰極電解液中并被陽離子交換膜阻擋在陰極室；陽極電解液通過陽極電解液倉底部入水口進(jìn)入陽極室，在內(nèi)嵌的陽極電極表面發(fā)生電解水氧化反應(yīng)得到過氧化氫產(chǎn)物，同時陽極電解液中堿性金屬陽離子透過陽離子交換膜進(jìn)入陰極室與生成的氫氧根離子結(jié)合富集形成堿性電解離子水。

15、本發(fā)明的有益效果在于：

16、本發(fā)明提供了一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置及方法，通過陰極電極的陽離子交換膜將其分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室；陰極室通過陰極電極發(fā)生電解水產(chǎn)氫反應(yīng)得到含活性氫的堿性電解還原水，陽極室利用陽極電極發(fā)生2e-wor反應(yīng)得到含過氧化氫的電解氧化水；堿性電解水主要作用為除脂除油、殺菌消毒；同時，堿性電解水的ph值還可以由陽極電解液的鹽濃度決定。

技術(shù)特征：

1.一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，裝置整體呈堆疊式結(jié)構(gòu)，包括：依次設(shè)置的陰極端板(1)、陰極電極(2)、陽極電解液倉(3)、陽極電極(4)和陽極端板(5)；陰極電極(2)將裝置整體分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室；所述陰極端板(1)內(nèi)靠近的陰極電極(2)一側(cè)設(shè)有蛇形流道(13)，用于流過反應(yīng)所需的陰極電極液；所述陽極電解液倉(3)中盛有反應(yīng)所需的陽極電解液。

2.如權(quán)利要求1所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，所述陰極電極(2)通過陽離子交換膜表面噴涂催化層且所述催化層側(cè)熱壓鈦氈制得，其中陽離子交換膜無催化層側(cè)朝向陽極電解液倉(3)。

3.如權(quán)利要求2所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，所述催化層由高導(dǎo)電材料制成，包括鉑碳材料、鉑鈷材料、鉑鎳材料；將所述高導(dǎo)電材料與全氟磺酸萘酚樹脂分散液按一定的比例在醇/水溶液中預(yù)混、超聲分散后并進(jìn)一步經(jīng)球磨獲得分散良好的墨水，利用噴槍噴涂在陽離子交換膜表面。

4.如權(quán)利要求3所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，全氟磺酸萘酚樹脂分散液與高導(dǎo)電材料的質(zhì)量比值為0.1～1.5；所述醇水的質(zhì)量比值為0.1～2.0；所述催化層的載量為0.1～2mg/cm2，全氟磺酸萘酚樹脂的占比為10～25％；其中，醇包括甲醇、乙醇或異丙醇；熱壓的溫度為110～150℃，時間為5～20min，壓力為5～20mpa。

5.如權(quán)利要求1或4所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，所述陰極端板(1)和陽極端板(5)采用鈦板或不銹鋼板或?qū)щ娦粤己玫哪透g材料的任意一種，起到固定和集流的作用；其中，所述陰極端板(1)和陽極端板(5)通過導(dǎo)線分別于電源的負(fù)極和正極連接；所述電源電壓為1～30v，電流為1～10a。

6.如權(quán)利要求5所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，陰極電解液為純水，陽極電解液為碳酸氫鹽或碳酸鹽的任意一種溶液或碳酸氫鹽和碳酸鹽的摩爾比為1:1～10的混合溶液；所述陽極電解液的鹽濃度為5～15wt％。

7.如權(quán)利要求6所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，所述陰極端板(1)底部設(shè)有陰極電解液入水口(11)，頂部設(shè)有堿水出水口(12)；所述陽極電解液倉底部設(shè)有陽極電解液入水口(31)，頂部設(shè)有過氧化氫出水口(32)；所述陰極電解液的流速和陽極電解液流速的比值為1～5:1。

8.如權(quán)利要求1所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，所述陽極電極為氮摻雜氧化物電極；所述氮摻雜氧化物電極制備的方法步驟包括：

9.如權(quán)利要求8所述的一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置，其特征在于，其中，所述鈦載體材料為鈦網(wǎng)、鈦氈、鈦片、泡沫鈦的任意一種；所述鹽酸溶液的濃度為1～15wt％；所述水熱反應(yīng)的水熱溫度為120～220℃，水熱時間為10～30h；所述氧化物電極和尿素質(zhì)量比為1：5～15；惰性氣氛包括氬氣或氮氣或氫氬混合氣；煅燒溫度為500～800℃；煅燒時間為0.5～3h。

10.一種堿性電解離子水及過氧化氫的方法，其特征在于，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明關(guān)于一種堿性電解離子水及過氧化氫的裝置及方法，涉及電化學(xué)技術(shù)領(lǐng)域。裝置整體呈堆疊式結(jié)構(gòu)，包括：依次設(shè)置的陰極端板、陰極電極、陽極電解液倉、陽極電極和陽極端板；陰極電極將裝置整體分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室；陰極端板內(nèi)靠近的陰極電極一側(cè)設(shè)有蛇形流道，用于流過反應(yīng)所需的陰極電極液；陽極電解液倉中盛有反應(yīng)所需的陽極電解液。本發(fā)明電解槽通過陰極電極的陽離子交換膜將其分隔形成容納陽極電極的陽極室和容納陰極電極的陰極室；陰極室通過陰極電極發(fā)生電解水產(chǎn)氫反應(yīng)得到含活性氫的堿性電解還原水，陽極室利用陽極電極發(fā)生2e<supgt;?</supgt;WOR反應(yīng)得到含過氧化氫的電解氧化水。

技術(shù)研發(fā)人員：葉小琴,王朔,裴洛偉,向葦凱
受保護(hù)的技術(shù)使用者：浙江奕湃科技有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2024/9/9