CN103695958A - 一种高效产过氧化氢的空气扩散阴极的构型和制备方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种高效产过氧化氢的空气扩散阴极的构型和制备方法。此方法主要是利用聚四氟乙烯与炭黑的混合液涂敷在碳纤维上制成空气阴极片，然后将其按照一定构型组装起来。此空气扩散阴极有良好的H2O2的产量和电流效率；空气曝气量需求低，运行方便，能耗小；选用碳纤维和炭黑材料，价格低廉，性质稳定，具有较高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于环境工程技术领域，涉及一种高效产过氧化氢的空气扩散阴极的构型和制备方法。
背景技术
过氧化氢(H2O2)的电化学合成，也被称为“电化学过氧化”过程，是一种电化学阴极还原反应，随着电芬顿在水处理方面的发展，H2O2的电化学产生也受到广泛关注。其基本原理是溶解氧在阴极表面通过发生两电子的氧化还原产生H2O2，反应如下：
O2+2H++2e-→H2O2
近年来，碳材料越来越多的被作为产生H2O2的阴极备选材料，其主要优势包括：良好的化学稳定性、导电性和抗腐蚀性，较高的析氢电位，对H2O2的催化分解活性较低，无毒性。目前，已有研究的良好阴极材料包括：石墨、碳毡、活性炭纤维、发泡玻璃碳、碳海绵、碳纳米管等。但以上碳材料在作为阴极时，通常有其最佳的H2O2还原电位范围，否则H2O2的产量和电流效率就会迅速下降，使得其应用受限。另外，氧气在水中的溶解度较低，往往不能满足阴极还原产H2O2要求，常常需要在阴极附近曝空气或氧气。以碳毡为例，在阴极偏压-0.65V的条件下，需要0.4L／min的纯氧曝气量，才能获得较好的H2O2产出。所以开发一种产H2O2电流效率高，曝气量少或应用空气作为曝气条件的气体扩散阴极，运行方便，节约成本，具有较高的应用价值。
发明内容
本发明的目的是开发出能够高效产过氧化氢的空气扩散阴极。
本发明的空气扩散阴极构型包括进、出气管、导线、密封圆筒，电流收集片、空气阴极片。
空气阴极片制作方法是按照将要涂覆的碳纤维布的表面积(cm2)将质量分数30％-40％的聚四氟乙烯0.06-0.1ml／cm2与2-10mg／cm2的炭黑混合后涂覆到碳纤维布一面上，待自然晾干后，在300-400℃煅烧30-60min。用同样的方法将质量分数1-3％聚四氟乙烯、5-10％的异丙醇0.12-0.2ml／cm2与3-8mg／cm2炭黑的混合液涂覆到煅烧冷却后的碳纤维布同一面上晾干，在300-400℃煅烧30-60min。
本发明具有以下的突出特点和有益效果：
(1)该空气扩散阴极可以高效地产生过氧化氢。在电流100mA、pH=7条件下，2h的H2O2产量高达500mg／L-600mg／L。
(2)制备的空气扩散阴极在空气曝气量很低(0.2L／min)的情况下也展现出良好的H2O2产率。
(3)选用的电极材料是碳纤维作为基底，涂层炭黑作为催化层，性质稳定，价格低廉，具有较高的应用价值。
附图说明
图1为空气扩散阴极的构型图
图2为不同电流强度下空气扩散阴极的过氧化氢产量和电流效率
图3为不同曝气量下空气扩散阴极的过氧化氢产量和电流效率
具体实施方式
本发明通过以下实施例结合附图进一步详述。
(1)本发明的空气阴极片的制作方法
将30％的聚四氟乙烯0.075ml／cm2与6.75mg／cm2炭黑混合后涂覆到碳纤维布(5×8cm2)一面上，待自然晾干后，在350℃煅烧30min。用同样的方法将含有1.5％聚四氟乙烯、8.3％的异丙醇0.15ml／cm2和4.5mg／cm2炭黑的混合液涂覆到煅烧冷却后的碳纤维布同一面上晾干，350℃煅烧30min。
(2)该实例所获得的效果
该实例空气扩散阴极结构，如图1所示。包括进、出气管、导线、电流收集(镍网)、空气阴极片等。将各部分按照图1所示装好，就是一个完整的空气扩散阴极。进气管供给外来空气。出气管防止管内压力过大，从而冲破空气阴极片的防水层。镍网有利于电流均匀的分布到空气阴极片上。空气阴极片的第一层是防水导电层，第二层为催化产H2O2层。
该实例测试了制作的空气扩散电极不同电流强度下H2O2的产量和电流效率，如图2所示。在中性的0.05M无水硫酸钠电解质中，空气曝气量0.4L／min，电流强度50mA、100mA、150mA、200mA的条件下，空气扩散电极的H2O2的产量分别是270mg／L、517mg／L、615mg／L、730mg／L。其电流效率呈下降趋势，起始电流效率一般保持在80％以上，经过2h的反应，电流效率下降到50％-60％。且电流强度高，电流效率相对较低。
该实例测试了制作的空气扩散电极不同空气曝气量下H2O2的产量和电流效率，如图3所示。在pH=3的0.05M无水硫酸钠电解质中，电流强度100mA，曝气量分别为0L／min、0.1L／min、0.2L／min、0.4L／min、0.6L／min的条件下，空气扩散电极的H2O2的产量分别是33mg／L、278mg／L、513mg／L、533mg／L、546mg／L。曝气量为0L／min时，H2O2的产量很低，曝气量为0.1L／min时，H2O2的产量和电流效率相对较低，曝气量分别为0.2L／min、0.4L／min、0.6L／min的H2O2的产量差别不大，证明此空气扩散阴极曝气量需求低，空气利用率高。不曝气时，电流效率很低，在超过0.2L／min的曝气量时，反应2h后，其电流效率一直保持在60％以上。
综上所述，此空气扩散阴极有良好的H2O2的产量和电流效率；空气曝气量需求低，易于实现，能耗小；选用碳纤维和炭黑材料，价格低廉，性质稳定，具有较高的实际应用价值。
Claims (2)
1.一种高效产过氧化氢的空气扩散阴极的构型和制备方法。
本发明的空气扩散阴极构型包括进、出气管、导线、密封圆筒，电流收集片、空气阴极片。
空气阴极片制作方法具体操作步骤如下：按照将要涂覆的碳纤维布的表面积(cm2)将质量分数30％-40％的聚四氟乙烯0.06-0.1ml／cm2与2-10mg／cm2的炭黑混合后涂覆到碳纤维布一面上，待自然晾干后，在300-400℃煅烧30-60min。用同样的方法将质量分数1-3％聚四氟乙烯、5-10％的异丙醇0.12-0.2ml／cm2与3-8mg／cm2炭黑的混合液涂覆到煅烧冷却后的碳纤维布同一面上晾干，在300-400℃煅烧30-60min。
2.根据权利要求1所述构型，其特征在于在密闭的筒状体中，将空气阴极片压到底层，空气通过电极片的微孔向溶液中扩散。
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Cited By (10)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372371A (zh) * | 2014-09-24 | 2015-02-25 | 南开大学 | 一种新型过氧化氢发生器及用于有机废水电芬顿处理的方法 |
| CN107200384A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-26 | 陕西科技大学 | 一种高效产过氧化氢处理有机废水的碳纤维电极制备方法 |
| CN107317040A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 清华大学 | 用于气体消耗反应的漂浮式气体扩散电极及其制备 |
| CN108866569A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-23 | 青岛理工大学 | 一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法 |
| CN108928892A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-04 | 清华大学 | 一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法 |
| CN109913889A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-21 | 南开大学 | 空气主动扩散式过氧化氢电化学发生装置 |
| CN110408955A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种高效产过氧化氢的三维碳曝气电极 |
| CN112281184A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-29 | 浙江清越科技有限公司 | 一种电化学产生过氧化氢的装置及其方法 |
| CN116081782A (zh) * | 2022-03-31 | 2023-05-09 | 南京理工大学 | 一种中试规模的过氧化氢制备装置及应用 |
| CN116081783A (zh) * | 2022-03-31 | 2023-05-09 | 南京理工大学 | 一种管状碳纤维纺织气体扩散阴极及其制备方法和应用 |
Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06200389A (ja) * | 1993-01-05 | 1994-07-19 | Honshu Paper Co Ltd | 過酸化水素の製造方法 |
| JPH10140383A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-26 | Permelec Electrode Ltd | 電極給電体、その製造方法及び過酸化水素製造用電解槽 |
| JP2000256887A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-19 | Permelec Electrode Ltd | 過酸化水素製造用電極及びその製造方法 |
| WO2003010360A1 (en) * | 2001-07-22 | 2003-02-06 | The Electrosynthesis Company, Inc. | Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide |
| US6547947B1 (en) * | 1999-03-15 | 2003-04-15 | Permelec Electrode Ltd. | Method and apparatus for water treatment |
| CN101748423A (zh) * | 2008-12-19 | 2010-06-23 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高效电催化原位生成过氧化氢的电化学反应器 |
| CN101774666A (zh) * | 2010-01-29 | 2010-07-14 | 北京化工大学 | 一种2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法 |
| CN102002724A (zh) * | 2010-04-23 | 2011-04-06 | 盛义平 | 用于生产过氧化氢的带防水膜的乙炔黑阴极及其制作方法 |
-
2013
- 2013-12-13 CN CN201310698957.3A patent/CN103695958B/zh active Active
Patent Citations (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH06200389A (ja) * | 1993-01-05 | 1994-07-19 | Honshu Paper Co Ltd | 過酸化水素の製造方法 |
| JPH10140383A (ja) * | 1996-11-12 | 1998-05-26 | Permelec Electrode Ltd | 電極給電体、その製造方法及び過酸化水素製造用電解槽 |
| JP2000256887A (ja) * | 1999-03-04 | 2000-09-19 | Permelec Electrode Ltd | 過酸化水素製造用電極及びその製造方法 |
| US6547947B1 (en) * | 1999-03-15 | 2003-04-15 | Permelec Electrode Ltd. | Method and apparatus for water treatment |
| WO2003010360A1 (en) * | 2001-07-22 | 2003-02-06 | The Electrosynthesis Company, Inc. | Electrochemical synthesis of hydrogen peroxide |
| CN101748423A (zh) * | 2008-12-19 | 2010-06-23 | 中国科学院大连化学物理研究所 | 一种高效电催化原位生成过氧化氢的电化学反应器 |
| CN101774666A (zh) * | 2010-01-29 | 2010-07-14 | 北京化工大学 | 一种2-乙基蒽醌改性气体扩散电极及其制备方法 |
| CN102002724A (zh) * | 2010-04-23 | 2011-04-06 | 盛义平 | 用于生产过氧化氢的带防水膜的乙炔黑阴极及其制作方法 |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| 徐夫元 等: "C/PTFE气体扩散电极的制备及其在电合成过氧化氢中的应用", 《功能材料》 * |
Cited By (11)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104372371A (zh) * | 2014-09-24 | 2015-02-25 | 南开大学 | 一种新型过氧化氢发生器及用于有机废水电芬顿处理的方法 |
| CN107317040A (zh) * | 2017-06-22 | 2017-11-03 | 清华大学 | 用于气体消耗反应的漂浮式气体扩散电极及其制备 |
| CN107200384A (zh) * | 2017-07-13 | 2017-09-26 | 陕西科技大学 | 一种高效产过氧化氢处理有机废水的碳纤维电极制备方法 |
| CN108866569A (zh) * | 2018-07-03 | 2018-11-23 | 青岛理工大学 | 一种新型聚四氟乙烯热改性气体扩散电极的制备方法 |
| CN108928892A (zh) * | 2018-08-15 | 2018-12-04 | 清华大学 | 一种基于电芬顿耦合电絮凝处理垃圾渗滤液的方法 |
| CN109913889A (zh) * | 2019-02-26 | 2019-06-21 | 南开大学 | 空气主动扩散式过氧化氢电化学发生装置 |
| CN109913889B (zh) * | 2019-02-26 | 2021-02-19 | 南开大学 | 空气主动扩散式过氧化氢电化学发生装置 |
| CN110408955A (zh) * | 2019-08-06 | 2019-11-05 | 哈尔滨工业大学 | 一种高效产过氧化氢的三维碳曝气电极 |
| CN112281184A (zh) * | 2020-09-17 | 2021-01-29 | 浙江清越科技有限公司 | 一种电化学产生过氧化氢的装置及其方法 |
| CN116081782A (zh) * | 2022-03-31 | 2023-05-09 | 南京理工大学 | 一种中试规模的过氧化氢制备装置及应用 |
| CN116081783A (zh) * | 2022-03-31 | 2023-05-09 | 南京理工大学 | 一种管状碳纤维纺织气体扩散阴极及其制备方法和应用 |
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| Publication number | Publication date |
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