CN104073836A - 一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂及阴极结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂及阴极结构，采用含Mo、Cr、Ni的铁合金作为阴极催化剂，进一步地，将该铁合金制成铁合金丝网后直接作为膜电极的阴极结构，与已有技术相比，本发明选取耐酸廉价的铁合金网既充当催化剂，又充当了微孔导电板，把阴极催化剂与微孔导电板合二为一，无论从材质上还是结构上都是本领域技术的一大创新，其显著优点是阴极催化效果好，阴极结构非常简单，成本大幅度降低，经济效益十分显著。

Description

一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂及阴极结构

技术领域

本发明涉及一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂及阴极结构，属电化学领域。

背景技术

臭氧应用越来越进入广泛的领域，膜电极电解臭氧发生器采用纯水作原料，电解水生成氢气、氧气和臭氧。因为原料是纯水，所以电解生成物是纯正的氢气、氧气和臭氧，不可能有例如氮氧化物类的有害物质，膜电极电解臭氧发生器这种特殊优势正在得到重视，其应用领域逐渐加大。

电解臭氧发生器的核心是膜电极，膜电极的结构包括：离子交换膜1、分别置于离子交换膜1两侧的阴极催化剂2、阳极催化剂3及微孔导电板4（具有支撑催化剂、或作为催化剂载体的功能）。阴极催化剂2与微孔导电板4构成阴极结构，阳极催化剂3与微孔导电板4构成阳极结构（参见图1）。

现有电解臭氧发生器膜电极的阴极催化剂通常采用铂、钯、铑贵金属单质，微孔导电板通常采用钛微孔板，阴极催化剂与钛微孔板构成阴极结构，现有技术中有多种工艺制作方法：

例如一：将铂、钯、铑贵金属单质以化学镀的方法镀到钛微孔板的一侧，形成膜电极阴极结构。

例如二：铂、钯、铑贵金属化合物以烧结方法烧结在钛微孔板的一侧，形成膜电极阴极结构。

例如三：由活性炭吸附铂、钯、铑，再用聚四氟乙烯粘结活性炭粉末碾压成阴极催化剂独立膜片，与钛微孔板配合安装构成膜电极阴极结构。

阴极催化剂独立膜片的制备工艺过程如下：激活活性碳分子的吸附力——活性碳分子吸附贵金属铂的化合物——化合物被还原出铂单金属——制成碳载贵金属铂的催化剂粉末（碳载铂）——用聚四氟乳液作为粘接剂将活性碳粉粘连并碾压成膜片。

以上所述的阴极结构中的阴极催化剂与微孔导电板是两种不同的材质，是通过化学、电化学、物理等工艺方法，使二者结合构成阴极结构。

以上所述几种阴极结构的缺点有两方面：一、通常采用的阴极催化剂铂、钯、铑贵金属价格昂贵；二、制造工艺复杂、生产中不易保证品质。这两方面的缺点导致膜电极成本居高不下，严重影响膜电极电解臭氧发生器的商业化进程。

发明内容

本发明的目的旨在克服已有技术中存在的缺点，提供一种结构简单，成本廉价的膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂及阴极结构。

本发明的技术方案是：一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂，特点是，阴极催化剂为含有Mo、Cr、Ni的铁合金。

    进一步地，所述阴极催化剂的合金成分含量是：

Mo 2-3%、 Cr 16-18%、 Ni 10-14%、 S≤0.03%、 Si≤1%、 Mn≤2%、 C≤0.03%、 P≤0.035%、 其余为Fe 。

一种膜电极电解臭氧发生器阴极结构，特点是，所述阴极结构是由含Mo、Cr、Ni的铁合金制成的铁合金网，该铁合金网孔目数为300-600目最好。

 本发明的膜电极阴极催化剂采用含Mo、Cr、Ni的铁合金，它突破了现有电解臭氧发生器膜电极阴极催化剂的常规技术。对采用含有Mo、Cr、Ni的铁合金作为阴极催化剂的膜电极电解臭氧发生器进行了长时间的运行实验，结果证明：含Mo、Cr、Ni的铁合金催化剂催化效果等同于铂、钯、铑贵金属阴极催化剂的催化效果。

本发明采用含Mo、Cr、Ni的铁合金作为阴极催化剂，进一步地，将该铁合金制成铁合金丝网后直接作为膜电极的阴极结构，即，本发明电解臭氧发生器膜电极的阴极结构就是一层耐酸的铁合金网，该铁合金网既是阴极催化剂，起到催化剂的作用，同时该铁合金网又充当了微孔导电板，能够透水透气。

与已有技术相比，本发明选取了耐酸、廉价的含Mo、Cr、Ni的铁合金，采用该铁合金网直接作为电解臭氧发生器膜电极的阴极结构，把阴极催化剂与微孔导电板合二为一，无论从材质上还是结构上都是本领域技术的一大创新。其显著优点是阴极催化效果好，阴极结构非常简单，成本大幅度降低，总成本仅是现有的铂、钯、铑阴极催化剂总成本的几十分之一，经济效益十分显著。而且，显而易见，一层耐酸的铁合金丝网与已有技术的膜电极阴极结构相比，其结构简单，强度更高，不易破裂，不存在催化剂脱落现象，更加耐压，透气、透水性好。

本发明极大地促进了膜电极电解臭氧发生器的产业化进程，对膜电极电解臭氧发生器的推广应用具有重要意义。

下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明。

附图说明

图1——已有技术的电解臭氧发生器的膜电极结构示意图；

图2——本发明的电解臭氧发生器的膜电极结构示意图。

附图图面说明

1离子交换膜，2阴极催化剂，3阳极催化剂，4微孔导电板。

具体实施方式

实施例1，本发明膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂为含有Mo、Cr、Ni的铁合金，其铁合金的成分含量为：

Mo 2-2.5%   Cr 16-16.5%   Ni 10-12%   S≤0.02%   Si≤0.5%   Mn≤1%  C≤0.02%   P≤0.02%   其余为Fe  。

实施例2，本发明膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂为含有Mo、Cr、Ni的铁合金，其铁合金的成分含量为：

Mo 2.5-3%   Cr 16.5-17%   Ni 11-13%   S≤0.03%   Si≤1%   Mn≤1.5%  C≤0.03%   P≤0.03%   其余为Fe  。

实施例3，本发明膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂为含有Mo、Cr、Ni的铁合金，其铁合金的成分含量为：

Mo 2-3%   Cr 16-18%   Ni 10-14%   S≤0.03%   Si≤1%   Mn≤2%  C≤0.03%   P≤0.035%   其余为Fe  。

参考图2所示，由上述铁合金作为阴极催化剂的电解臭氧发生器的膜电极结构，是由上述实施例的铁合金丝编织成的铁合金丝网2（也是阴极催化剂2），不需要经过任何其它化学、电化学的再加工，剪裁至膜电极所需的形状，然后直接将其覆在离子交换膜1的一侧即可。实施中，铁合金网的网孔目数在300-600目为最好。

Claims (4)

1.一种膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂，其特征是，阴极催化剂为含有Mo、Cr、Ni的铁合金。

2.根据权利要求1所述的膜电极电解臭氧发生器的阴极催化剂，其特征是，所述阴极催化剂的合金成分含量是：

Mo 2-3%、 Cr 16-18%、 Ni 10-14%、 S≤0.03%、 Si≤1%、 Mn≤2%、 C≤0.03%、 P≤0.035%、 其余为Fe 。

3.一种膜电极电解臭氧发生器阴极结构，其特征是，所述阴极结构是由含Mo、Cr、Ni的铁合金制成的铁合金网。

4.根据权利要求3所述的膜电极电解臭氧发生器阴极结构，其特征是，所述铁合金网孔目数为300-600目。