CN108314148B - 臭氧电极装置及纯水机 - Google Patents

Abstract

本发明涉及饮水机技术领域，公开了臭氧电极装置，包括水供应室、离子交换膜，该水供应室通过离子交换膜分割成阳极室和阴极室，该阳极室中安置有钛镀钌铱阳极电极，阴极室安装有钛镀铂阴极电极，钛镀钌铱阳极电极与钛镀铂阴极电极分别与电源电性连接，且钛镀钌铱阳极电极和钛镀铂阴极电极表面分别涂覆一层催化剂薄膜，在该水供应室上还开设有第一进水口与第一出水口。这样，当纯水从水供应室的第一进水口流入，通电后，水分子在钛镀钌铱阳极电极表面电解氧化生成臭氧和氢离子，在钛镀铂阴极电极表面电解还原生成氢气和氢氧根，电解后的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极侧达到阴阳两侧离子平衡，实现了对饮用水的消毒和杀菌的作用。

Description

臭氧电极装置及纯水机

技术领域

本发明属于饮水机技术领域，更具体地说，是涉及一种臭氧电极装置。

背景技术

臭氧具有极强的氧化性和杀菌性能，臭氧对大多数有害物质都能起到氧化降解的作用，并且降解产物为二氧化碳、水或无机盐等，臭氧自身分解也只会产生氧气，不会对环境造成二次污染，这些优点都使得臭氧的应用非常广泛，由于臭氧具有很强的氧化性，高浓度臭氧会对某些物品产生腐蚀作用，所以在制造臭氧发生装置的过程中，要选择耐腐蚀性的物质作为装置的各部分材料。

现在被广泛用来作为阳极催化材料的是一些导电的高氧化态下的氧化物，而几乎此类电极大多都是使用二氧化铅，同时搭配采用耐腐蚀性好的多孔金属作为基体，例如多孔钛板，但在电解过程中，二氧化铅电极的镀层易剥落，且在水中溶出铅离子，从而导致水中铅含量超标。因此，二氧化铅电极用于废水处理还行，但若用于对饮用水进行处理，其由于重金属析出的问题将导致饮水的不安全的问题发生。

发明内容

本发明的目的在于提供一种臭氧电极装置及纯水机，旨在解决现有技术中的电极装置无法对饮用水进行杀菌与消毒的的技术问题。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种臭氧电极装置，包括用于盛装水的水供应室和安装于所述水供应室中的离子交换膜，所述水供应室通过所述离子交换膜分割成阳极室和阴极室，其特征在于，所述阳极室中安置有钛镀钌铱阳极电极，所述阴极室安装有钛镀铂阴极电极，所述钛镀钌铱阳极电极与所述钛镀铂阴极电极分别与位于所述水供应室外部的电源电性连接，且所述钛镀钌铱阳极电极和所述钛镀铂阴极电极表面分别涂覆一层用于催化臭氧发生的催化剂薄膜，所述水供应室上还开设有连通所述阳极室的第一进水口与第一出水口。

进一步地，所述催化剂薄膜分别通过气相沉积于所述钛镀钌铱阳极电极和所述钛镀铂阴极电极的表面。

进一步地，所述催化剂薄膜为二氧化硅薄膜。

进一步地，所述二氧化硅薄膜厚度设置为0.1-200微米。

进一步地，所述离子交换膜为阴离子交换膜。

进一步地，所述阴离子交换膜为氢氧根离子交换膜。

进一步地，所述水供应室的侧壁上开设有定位所述离子交换膜边缘的容置槽。

进一步地，所述水供应室还开设有连通所述阴极室的第二进水口与第二出水口。

进一步地，所述第二进水口位于所述阴极室的顶端，所述第二出水口位于所述阴极室的底端。

本发明还提供了一种纯水机，包括上述臭氧电极装置。

本发明提供的臭氧电极装置的有益效果在于：与现有技术相比，本发明中的臭氧电极装置，通过在阳极室和阴极室分别安装有与位于水供应室外部的电源电性连接的钛镀钌铱阳极电极和钛镀铂阴极电极，且在上述的钛镀钌铱阳极电极和钛镀铂阴极电极表面分别涂覆一层用于催化臭氧发生的催化剂薄膜，这样，当纯水从水供应室的第一进水口流入，通电后，水分子在钛镀钌铱阳极电极表面电解氧化生成臭氧和氢离子，在钛镀铂阴极电极表面电解还原生成氢气和氢氧根，电解后的氢氧根离子通过阴离子交换膜进入阳极侧达到阴阳两侧离子平衡，实现了对饮用水的消毒和杀菌的作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要实用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实施例的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提出的臭氧电极装置的示意图。

其中，图中各附图标记：

1-水供应室；2-离子交换膜；3-钛镀钌铱阳极电极；4-钛镀铂阴极电极；5-电源；11-第一进水口；12-第一出水口；13-第二进水口；14-第二出水口；15-阳极室；16-阴极室。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或可能同时存在居中元件。当一个元件被称为是“连接于”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

另外，还需要说明的是，本发明实施例中的左、右、上、下等方位用语，仅是互为相对概念或是以产品的正常使用状态为参考的，而不应该认为是具有限制性的。以下结合具体实施例对本发明的实现进行详细的描述。

如图1所示，本发明提出了一种臭氧电极装置，包括可用于盛装水的水供应室1，在该水供应室1中安装有离子交换膜2，该离子交换膜2将水供应室1分割成阳极室15和阴极室16，在阳极室15中安置有钛镀钌铱阳极电极3，在阴极室16中安装有钛镀铂阴极电极4，且上述钛镀钌铱阳极电极3与钛镀铂阴极电极4分别与位于水供应室1外部的电源5电性连接，与此同时，在上述的钛镀钌铱阳极电极3和钛镀铂阴极电极4表面分别涂覆一层用于催化臭氧发生的催化剂薄膜(附图未作出)，此外，在上述的水供应室1上还开设有第一进水口11和第一出水口12，具体地，该第一进水口11与第一出水口12与上述阳极室连通，这样，当纯水从水供应室1的第一进水口11流入，通电后，纯水在钛镀钌铱阳极电极3表面发生氧化反应生成臭氧和氢离子，阴离子通过离子交换膜2进入阳极侧，氢离子透过离子交换膜2在钛镀铂阴极表面4还原产生氢气，随后，阳极侧产生的臭氧水通过第一出水口12排出，实现了对饮用水的消毒和杀菌的作用。

具体地，在本实施中，上述第一进水口11与第一出水口12均开设于阳极室15上，这样，通过阳极电极产生的臭氧可从开设在阳极室15的第一出水口12排出，其在各个电极发生的反应方程式为：

阳极：3H₂O＝O₃+6H⁺+6e^-；

阴极：6H⁺+6e^-＝3H₂；

总反应：3H₂O＝O₃+3H₂

进一步地，作为本发明提供的臭氧电极装置一种具体实施方式，上述催化剂薄膜是通过气相沉积的方式分别沉积于上述的钛镀钌铱阳极电极3和钛镀铂阴极电极4的表面上。具体地，通过蒸发真空镀膜工艺，在10^-6-10²Pa真空条件下加热使得催化剂气化，形成蒸汽流，随后将其入射到电极基板表面凝固生成催化剂薄膜。优选地，在本实施例中，上述的催化剂薄膜为二氧化硅薄膜，通过在电极表面涂覆一层二氧化硅薄膜，一方面可以催化阳极电极生成臭氧，另一方面，能够保护电极材料不受腐蚀，使其长时间稳定的产生高浓度的臭氧，进一步更好的对饮用水进行杀菌和消毒。当然，在本实施例中，上述催化剂薄膜也可以为磺化聚砜膜、全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物薄膜等，此处不作唯一限定。

表1为不同催化剂电极材料与产生臭氧浓度的实验数据。通过表1中可以看出，当涂覆于钛镀钌铱阳极电极3表面上的催化剂薄膜为氧化硅薄膜时，其产生的出水臭氧浓度最高、而全氟磺酸-聚四氟乙烯共聚物薄膜次之、最后为磺化聚砜膜，且从表1中可以看出，二氧化硅薄膜产生的臭氧浓度几乎是后两者的两倍，因此，本实施中，通过在电极表面涂覆一层二氧化硅催化剂薄膜，可以产生高浓度的臭氧，进一步实现对饮用水进行更好的除菌作用。当然，经过除菌后的饮用水除了可以饮用，也可以用于清洗水果，蔬菜残留农药、餐具消毒等，此处不作唯一限定。

表1 不同催化剂电极材料与产生臭氧浓度的实验数据

进一步地，作为本发明提供的臭氧电极装置一种具体实施方式，上述的二氧化硅薄膜厚度为0.1-200微米。优选地，在本实施例中，上述的二氧化硅薄膜厚度为1-50微米。表2为二氧化硅薄膜不同厚度与产生臭氧浓度的实验数据。从表2中可以看出，当二氧化碳硅薄膜厚度为2微米时，产生的臭氧浓度约为二氧化硅薄膜厚度为20微米时的两倍多，从而可以得出，薄膜的厚度对产生臭氧的浓度具有一定的影响，且当薄膜较薄时，其产生的臭氧浓度会更高。

表2 二氧化硅薄膜不同厚度与产生臭氧浓度的实验数据

进一步地，作为本发明提供的臭氧电极装置一种具体实施方式，上述的离子交换膜2为阴离子交换膜。优选地，在本实施例中，上述的离子交换膜2为氢氧根离子交换膜，这样，可以使得氢氧根离子优先通过，加快了电极的反应速度，使其电流的效率变的更高。当然，在本实施例中，也可以选择阳离子交换膜作为离子交换膜，此处不作唯一限定。

在本实施中，通过以氢氧根离子交换膜作为阳极和阴极的隔膜，对水溶液进行电解，在毛细管的作用下，水溶液渗透至阳极电极的二氧化硅催化活性层中，在阳极电解氧化放出臭氧，同时生成氢离子，在阴极电解还原产生氢气，同时生成氢氧根离子，而氢氧根离子通过氢氧根离子交换膜传至阳极处，以此达到两侧离子平衡。

进一步地，上述的离子交换膜2可呈动态膜层，通过将离子交换膜2制备成动态膜层，从而为液体的渗透与气体的传输提供自适应的孔通道，实现液体与气体的同时两向传输，避免了气体在电极和隔膜间的集聚，提高了电极效率。

进一步地，作为本发明提供的臭氧电极装置一种具体实施方式，上述的水供应室1中还开设有容置槽(附图未作出)，该容置槽可用于定位上述的离子交换膜2的边缘，当然，也可以通过其他方式实现对离子交换膜2的固定，此处不作唯一限定。

进一步地，请参阅图1，作为本发明提供的臭氧电极装置一种具体实施方式，上述水供应室1上开设有第二进水口13与第二出水口14。优选地，在本实施中，上述的第二进水口13与第二出水口14均与阴极室16连通，通过开设第二进水口13，这样，可通入冷却水防止电极过热，冷却水从冷水管通入，由第二出水口14排出。

优选地，在本实施例中，上述第一进水口11、第一出水口12、第二进水口13、第二出水口14呈矩形阵列分布于该水供应室1上，且第一进水口11与第二进水口12均分别开设于阳极室15与阴极室16的顶端，第一出水口13与第二出水口14均分别开设于阳极室15与阴极室16的底端，这样便于水的流入与流出。当然，在本发明中，上述第一进水口11、第一出水口12、第二进水口13、第二出水口14也可呈其他形式任意分布于上述水供应室1上，此处不作唯一限定。

本发明还提供了一种纯水机，该纯水机包括上述臭氧电极装置。具体地，纯水通过第一进水口11进入到上述的电极组件中，纯水会在钛镀钌铱阳极电极3表面发生氧化反应，生成臭氧和氢离子，在钛镀铂阴极4表面产生氢气和氢氧根离子，氢氧根离子透过氢氧根离子交换膜进入阳极侧达到溶液离子平衡。通过阳极侧产生的臭氧水由第一出水口11排出，通过在其正极与阴极的电极的表面设置一层二氧化硅薄膜，既可以催化臭氧的生成，也可以保护电极材料不受腐蚀，从而确保电极可较长时间稳定地产生高浓度臭氧。

在本发明中，通过使用钛镀钌铱阳极电极3与钛镀铂阴极电极4，从而避免了使用二氧化铅电极而导致水中的铅含量超标的问题发生，打破了现有电极装置无法对饮用水进行杀菌与消毒的障碍，通过使用二氧化硅作为催化剂薄膜的原料，在满足电极处具有较高浓度臭氧的前提下，还能避免电极不会被臭氧所腐蚀，进一步确保电极能长时间稳定的产生高浓度的臭氧。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.臭氧电极装置，包括用于盛装水的水供应室和安装于所述水供应室中的离子交换膜，所述水供应室通过所述离子交换膜分割成阳极室和阴极室，其特征在于，所述阳极室中安置有钛镀钌铱阳极电极，所述阴极室安装有钛镀铂阴极电极，所述钛镀钌铱阳极电极与所述钛镀铂阴极电极分别与位于所述水供应室外部的电源电性连接，且所述钛镀钌铱阳极电极和所述钛镀铂阴极电极表面分别涂覆一层用于催化臭氧发生的催化剂薄膜，所述水供应室上还开设有连通所述阳极室的第一进水口与第一出水口；所述离子交换膜为动态膜层。

2.如权利要求1所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述催化剂薄膜分别通过气相沉积于所述钛镀钌铱阳极电极和所述钛镀铂阴极电极的表面。

3.如权利要求2所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述催化剂薄膜为二氧化硅薄膜。

4.如权利要求3所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述二氧化硅薄膜厚度设置为0.1-200微米。

5.如权利要求1所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述离子交换膜为阴离子交换膜。

6.如权利要求5所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述阴离子交换膜为氢氧根离子交换膜。

7.如权利要求5所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述水供应室的侧壁上开设有定位所述离子交换膜边缘的容置槽。

8.如权利要求1所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述水供应室还开设有连通所述阴极室的第二进水口与第二出水口。

9.如权利要求8所述的臭氧电极装置，其特征在于，所述第二进水口位于所述阴极室的顶端，所述第二出水口位于所述阴极室的底端。

10.纯水机，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的臭氧电极装置。

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