CN105714326B - 悬浮电催化解水产氢装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种悬浮电催化解水产氢装置，包括电解池，所述电解池中设有将电解池分隔为阳极室和阴极室的质子交换膜；所述质子交换膜倾斜设置，下端贴于电解池的底部，上端贴于电解池的顶部；所述阳极室位于质子交换膜的上方，阳极室的侧壁设有阳极，阳极室的顶部设有氧气出口；所述阴极室位于质子交换膜的下方，阴极室的底部设有阴极，阴极室的顶部设有氢气出口。本发明具有可简单拆卸和搭建，电催化剂可以随时更换，实用性强，高效连续电催化的特点，达到了高效电解水产氢的效果。

Description

悬浮电催化解水产氢装置
技术领域
本发明涉及电催化和氢能源技术领域，特别涉及悬浮电催化解水产氢装置。
背景技术
随着人类社会的发展和进步，人类对能源的消耗需求日益增大，化石燃料如煤，石油，天然气等不可再生燃料，将在不久的将来消耗殆尽，同时化石燃料燃烧所产生的废气，废渣等都会带来严重的环境污染。由于氢能资源丰富，来源广，氢的燃烧热值高，清洁无污染，越来越受到各国科学家的关注。电解水制氢是目前最为成熟，易于工业化，绿色环保的方法。然而在电解水制氢的过程中，能耗较高导致电解水制氢的低效，严重阻碍了电解水制氢的工业应用。利用电解水制氢电极通常具有两种模式：一是制备电解水催化剂粉体，然后通过粘结剂负载在导电电极上进行电解水产氢。这种模式存在的问题是负载的催化剂容易脱落，而且粘结剂也会降低电催化剂活性，尤其是高负载量的情况下。另外一种模式是直接在导电电极上原位生长电催化剂。这种模式虽然避免了使用粘结剂，但是如果电催化剂长时间运行失效，电催化剂不能随时更新。
发明内容
为了克服现有技术的上述缺点与不足，本发明的目的在于提供一种悬浮电催化解水产氢装置，应用于电催化解水时，可采用微球电催化剂，避免了电催化剂的负载，获得高的产氢效率。
本发明的目的通过以下技术方案实现：
悬浮电催化解水产氢装置，包括电解池，所述电解池中设有将电解池分隔为阳极室和阴极室的质子交换膜；所述质子交换膜倾斜设置，下端贴于电解池的底部，上端贴于电解池的顶部；所述阳极室位于质子交换膜的上方，阳极室的侧壁设有阳极，阳极室的顶部设有氧气出口；所述阴极室位于质子交换膜的下方，阴极室的底部设有阴极，阴极室的顶部设有氢气出口。
所述质子交换膜与水平面的夹角为45度。
所述阴极室以电解池的底部为其底部。
所述阴极的形状与电解池的底部相同，所述阴极贴于电解池的底部上。
所述电解池的顶部为一塑料套帽，所述氢气出口、氧气出口设于塑料套帽上。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
(1)本发明的悬浮电催化解水产氢装置，可使用微球电催化剂，电催化剂可以随时更换，重复使用，实用性强，高效连续电催化的特点，达到了高效电解水产氢的效果。
(2)本发明的悬浮电催化解水产氢装置的阴极采用水平设置的形式，微球电催化剂无需固定负载在电极上，催化剂可由阴极承载，分散在电解液中，使氢气气泡更易脱附。
(3)本发明的悬浮电催化解水产氢装置的质子交换膜采用倾斜设置的方式，使氢气易于汇集于产氢出口，并且增加了微球催化剂碰撞几率，使氢气更容易脱附，从而获得高的产氢效率。
(4)本发明的装置具有可简单拆卸和搭建的特点。
附图说明
图1为本发明的实施例的悬浮电催化解水产氢装置的示意图。
图2为本发明的实施例的悬浮电催化反应的示意图。
具体实施方式
下面结合实施例，对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例
如图1所示，本实施例的悬浮电催化解水产氢装置，包括电解池，为圆柱体结构，体壁为玻璃材质，底部密封，顶部为塑料套帽，设有氧气出口1和氢气出口2；所述电解池中设有将电解池分隔为阳极室3和阴极室4的质子交换膜5；所述质子交换膜倾斜设置，与水平面的夹角为45度，下端贴于电解池的底部，上端贴于塑料套帽上；所述阳极室3位于质子交换膜5的上方，阳极6采用方片型碳布，设于阳极室3的侧壁，氢气出口1设于阳极室3的顶部；所述阴极室4位于质子交换膜5的下方，阴极7采用圆片型钛片，形状与电解池的底部相同，贴于电解池的底部，氢气出口2设于阴极室4的顶部。电催化剂碳化钼微球8分散在电解液中。
本实施例的悬浮电催化解水产氢装置的应用过程如下：
电催化剂采用直径为500微米的碳化钼微球，放置于阴极室内，碳化钼微球重力作用沉积在阴极电极上；电解液采用0.5摩尔每升的硫酸水溶液，注入到反应装置，液面高于阳极，低于反应装置塑料套帽下5厘米，进行悬浮电催化反应。
如图2所示，电催化剂碳化钼微球加入到悬浮电催化解水产氢装置的阴极室中，碳化钼微球由于初始重力的作用沉积在电解池底部的阴极上。当在一定电压下电流从电极间通过时，阴极上产生氢气，阳极上产生氧气，阳极室和阴极室通过质子交换膜进行质子交换。电解液中氢离子吸附在微球表面，在施加一定的外电压得到电子后，传递给吸附在微球表面的氢离子，氢离子由于得到电子而发生还原反应，产生氢气吸附在微球表面；由于氢气产生向上的浮力Fb，当微球表面吸附的氢气足够多，产生的浮力Fb大于微球自身重力Fg，微球便会悬浮于电解液中；同时，电催化剂微球彼此碰撞，氢气发生脱附，电催化微球由于重力作用沉到反应器底部阴极上，重复上述悬浮电催化反应，从而在悬浮电催化解水装置中进行悬浮电催化过程。
本实施例的电解池可以是圆柱体，长方体，球体，电极和质子交换膜根据形状尺寸调整。
本实施例的阳极材料可以是碳布、钛网、玻碳、铂、过渡金属、金属氧化物，根据电解液酸碱性不同进行调整。
本实施例的阴极材料可以是钛片、镍片、不锈钢片、玻碳，耐腐蚀金属，根据电解液酸碱性不同进行调整。
本实施例的质子交换膜根据电解液不同，可以是酸性质子交换膜和碱性质子交换膜。
本实施例的电催化剂微球可以是钼基、过渡金属基、贵金属基和碳基电催化剂，形貌可以是球状、方形、线性、片形，尺寸和重量与产生氢气浮力匹配，进行调控。
本实施例的电解液可以是酸性电解液，碱性电解液和中性电解液。
上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受所述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.悬浮电催化解水产氢装置，其特征在于，包括电解池，所述电解池中设有将电解池分隔为阳极室和阴极室的质子交换膜；所述质子交换膜倾斜设置，下端贴于电解池的底部，上端贴于电解池的顶部；所述阳极室位于质子交换膜的上方，阳极室的侧壁设有阳极，阳极室的顶部设有氧气出口；所述阴极室位于质子交换膜的下方，阴极室的底部设有阴极，阴极室的顶部设有氢气出口。
2.根据权利要求1所述的悬浮电催化解水产氢装置，其特征在于，所述质子交换膜与水平面的夹角为45度。
3.根据权利要求1所述的悬浮电催化解水产氢装置，其特征在于，所述阴极室以电解池的底部为其底部。
4.根据权利要求3所述的悬浮电催化解水产氢装置，其特征在于，所述阴极的形状与电解池的底部相同，所述阴极贴于电解池的底部上。
5.根据权利要求1所述的悬浮电催化解水产氢装置，其特征在于，所述电解池的顶部为一塑料套帽，所述氢气出口、氧气出口设于塑料套帽上。
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