CN110184624A - 涂层钛阳极及制备方法及构成发生器与生成臭氧水的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了涂层钛阳极及制备方法及构成的发生器与直接生成臭氧水的方法,涂层钛阳极包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层,通过喷砂糙化的钛基材刻蚀、烘干后均匀涂抹掺钌、镍的二氧化锡涂液,烘干,热分解涂层材料制成。构成的臭氧水发生器包括n片发生器阳极和n+1片发生器阴极,发生器阳极为涂层钛阳极,发生器阴极为钛阴极或不锈钢阴极;阳极和阴极浸入电导率大于30µs/cm的水中,恒电流供电,供电电压范围为3.5~12V,在电场的作用下水被电解,氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。本发明环保,成本低廉,工艺操作简单,易于规模化生产;发生器易于更换,方便使用,结构简单,成本低。
Description
技术领域:
本发明涉及涂层钛阳极及制备方法及构成发生器与生成臭氧水的方法,属于电解臭氧水发生器技术领域。
背景技术:
目前,以电解水产生臭氧的臭氧水发生器,其阳极材料多采用二氧化铅,由于二氧化铅极易中毒使催化活性下降,因此不能直接利用自来水作为电解用水,只能使用超纯水作为电解用水才能保持发生器性能稳定;在许多应用中电解纯水产生臭氧气体然后再通过混合技术与普通水混合生成臭氧水,这也增加了臭氧设备的复杂性;而且由于采用二氧化铅作为阳极材料的臭氧水发生器在频繁启停的使用条件下由于氢离子的反向移动使二氧化铅表面变性,失去催化活性。因此有必要寻找一种直接利用自来水作为电解用水的臭氧水生成方案。
发明内容:
本发明的目的在于克服已有技术的不足而提供涂层钛阳极及由其构成的臭氧水发生器以及该臭氧水发生器产生臭氧水的方法。本发明直接利用自来水作为电解用水,直接产生臭氧水;解决了二氧化铅催化剂易中毒失去催化活性的问题和铅的环境污染问题,且成本低廉,工艺操作简单,易于规模化生产,发生器易于更换,方便操作使用。
本发明提供的技术方案如下:涂层钛阳极,其特征在于其包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层,其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中,锡、钌原子比为6:1~10:1, 钌、镍原子比为3:1~10:1。
涂层钛阳极的制备方法,其特征在于其包括如下步骤:
a、将钛基材表面喷砂糙化;
b、将喷砂糙化的钛基材放入体积百分比浓度为10~30%的盐酸水溶液中刻蚀;
c、将刻蚀后的钛基材用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1~3%的盐酸水溶液中存放待用;
d、然后将钛基材烘干后将掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛基材上;
e、然后置于红外烘箱中在90~130℃温度下烘干3~10分钟;
f、然后置于400℃~450℃温度的高温炉中8~15分钟热分解涂层材料;
g、 重复上述步骤5~12次d~f步骤,最后一次将炉温调至480~520℃,保持1~3小时后取出。
进一步地,所述的掺钌、镍的二氧化锡涂液按如下步骤制备:
量取体积百分比浓度为1~3%的硝酸溶入乙醇溶液中制成硝酸乙醇溶液,量取体积百分比浓度为3~10%的钛酸丁酯溶入上述硝酸乙醇溶液中,制成钛酸丁酯硝酸乙醇溶液,分别称取氯化锡、氯化钌、氯化镍,溶入钛酸丁酯硝酸乙醇溶液中,所述溶液中锡、钌原子比为6:1~10:1, 钌、镍原子比为3:1~10:1。
涂层钛阳极构成的臭氧水发生器,其特征在于其包括n片发生器阳极和n+1片发生器阴极,n为≥1的自然数,其中发生器阳极为涂层钛阳极,发生器阴极为钛阴极或不锈钢阴极;涂层钛阳极包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层,其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中,锡、钌原子比为6:1~10:1,钌、镍原子比为3:1~10:1。
进一步地,所述的发生器阳极与发生器阴极交叉排列,每片发生器阳极的底部电气相连,每片发生器阴极的底部电气相连;发生器阳极与发生器阴极均固定在发生器外壳容器桶上,发生器底盖设在发生器外壳容器桶的底部;发生器阳极与发生器阴极的顶部设有隔板(1-2),外壳的顶部设有上盖,上盖上设有发生器进水口和发生器出水口;发生器阳极与发生器阴极通过阳极导电螺柱、阴极导电螺柱分别与发生器供电的正负极相连。
涂层钛阳极构成的臭氧水发生器产生臭氧水的方法,其特征在于其包括如下步骤:
首先将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的发生器阳极和发生器阴极浸入电导率大于30µs/cm的水中;然后为发生器阳极和发生器阴极恒电流供电,供电电压范围为3.5~12V,在电场的作用下水被电解,氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡;臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。
本发明的有益效果是:
1、本发明采用二氧化锡涂层作为阳极,解决了二氧化铅催化剂易中毒失去催化活性的问题和铅的环境污染问题,且二氧化锡涂层成本低廉。
2、本发明的臭氧水发生器通入恒流直流电,在电场的作用下水被电解,氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。省掉了目前普遍采用的产生臭氧气体再与水混合生成臭氧水的环节,本发明构成的产品结构简单,成本低。
3、本发明工艺操作简单,易于规模化生产。
4、本发明构成的臭氧水发生器易于更换,方便操作使用。
附图说明:
图1为本发明的涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的结构示意图。
具体实施方式:下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细说明:
实施例1:取1mm厚冲孔钛板1000cm2,孔径3mm,孔密度为每平方厘米1个,将冲孔钛板表面喷砂糙化,然后将喷砂糙化的冲孔钛板放入体积百分比浓度为30%的盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀5分钟,将刻蚀后的冲孔钛板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为3%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌3.9克、六水氯化镍1.13克,溶入含有30.9毫升钛酸丁酯、9毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中,制成掺钌、镍的二氧化锡涂液。
将冲孔钛板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于冲孔钛板上,置于红外烘箱中在120℃温度下烘干6分钟,置于420℃温度的高温炉中10分钟热分解涂层材料,重复8次涂抹、烘干及高温热分解步骤,最后一次将炉温调至500℃,保持2小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
实施例2:取0.6mm厚钛板1000cm2,将钛板表面喷砂糙化,然后将喷砂糙化的钛板放入体积百分比浓度为20%的盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀8分钟,将钛板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为2%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌3克、六水氯化镍0.5克,溶入含有20毫升钛酸丁酯、5毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中。
将钛板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛板上,置于红外烘箱中在130℃温度下烘干3分钟,置于400℃温度的高温炉中15分钟热分解涂层材料,重复12次涂抹、烘干及高温热分解步骤,最后一次将炉温调至480℃,保持3小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
实施例3:取经压平处理的4×6mm拉伸钛网板1000cm2,首先将钛网板表面喷砂糙化,然后喷砂糙化的钛网板放入体积百分比浓度为10%盐酸水溶液中加热至90℃刻蚀8分钟,将钛网板用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1%的盐酸水溶液中存放待用。
称取五水氯化锡30克、含钌37%的氯化钌2.34克、六水氯化镍0.204克,溶入含有9.09毫升钛酸丁酯、3毫升硝酸和300毫升乙醇溶液中。
将钛网板取出烘干。
将上述掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛板上,置于红外烘箱中在90℃温度下烘干10分钟,置于450℃温度的高温炉中8分钟热分解涂层材料,重复5次涂抹、烘干及高温热分解步骤,最后一次将炉温调至520℃,保持1小时后取出。二氧化锡涂层钛阳极制作完成待用。
如图1所示,涂层钛阳极构成的臭氧水发生器,其包括n片发生器阳极1-4和n+1片发生器阴极1-3,n为≥1的自然数,发生器阳极1-4与发生器阴极1-3交叉排列,以保证最大的有效作用面积;其中发生器阳极1-4为上述涂层钛阳极,至少1片,发生器阴极1-3为钛阴极或不锈钢阴极,优选钛板阴极;每片发生器阳极1-4底部电气相连;每片发生器阴极1-3底部电气相连;发生器阳极1-4与发生器阴极1-3均固定在发生器外壳容器桶1-5上,并通过阳极导电螺柱1-9、阴极导电螺柱1-8分别与发生器供电的正负极相连,发生器底盖1-7设在发生器外壳容器桶 1-5的底部,以保护带电部件。发生器阳极1-4与发生器阴极1-3的顶部设有隔板1-2,避免阴阳极短路。外壳1-5的顶部设有上盖1-1,上盖1-1上设有发生器进水口1-1-1、发生器出水口1-1-2;发生器阳极1-4与发生器阴极1-3通过阳极导电螺柱1-9、阴极导电螺柱1-8分别与发生器供电的正负极相连。
首先将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的发生器阳极和发生器阴极浸入电导率大于30µs/cm的水中;然后为发生器阳极和发生器阴极恒电流供电,供电电压范围为3.5~12V。电导率大于30µs/cm的水通过发生器进水口1-1-1进入发生器内部,发生器供电的正负极通过阴极导电柱1-8和阳极导电柱1-9为发生器提供恒电流供电,供电电压范围为3.5~12V。在电场的作用下水被电解,氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧和氧气微气泡。臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。臭氧水通过发生器出水口1-1-2流出用于管壁生物膜清除及管道水的杀菌消毒。
应当理解的是,本说明书未详细阐述的部分都属于现有技术。以上的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通工程技术人员对本发明的技术方案作出的各种变形和改进,均应落入本发明的权利要求书确定的保护范围内。
Claims (6)
1.涂层钛阳极,其特征在于其包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层,其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中,锡、钌原子比为6:1~10:1, 钌、镍原子比为3:1~10:1。
2.权利要求1所述的涂层钛阳极的制备方法,其特征在于其包括如下步骤:
a、将钛基材表面喷砂糙化;
b、将喷砂糙化的钛基材放入体积百分比浓度为10~30%的盐酸水溶液中刻蚀;
c、将刻蚀后的钛基材用纯水冲洗并置于体积百分比浓度为1~3%的盐酸水溶液中存放待用;
d、然后将钛基材烘干后将掺钌、镍的二氧化锡涂液均匀涂抹于钛基材上;
e、然后置于红外烘箱中在90~130℃温度下烘干3~10分钟;
f、然后置于400℃~450℃温度的高温炉中8~15分钟热分解涂层材料;
g、 重复上述步骤5~12次d~f步骤,最后一次将炉温调至480~520℃,保持1~3小时后取出。
3.根据权利要求2所述的涂层钛阳极的制备方法,其特征在于所述的掺钌、镍的二氧化锡涂液按如下步骤制备:
量取体积百分比浓度为1~3%的硝酸溶入乙醇溶液中制成硝酸乙醇溶液,量取体积百分比浓度为3~10%的钛酸丁酯溶入上述硝酸乙醇溶液中,制成钛酸丁酯硝酸乙醇溶液,分别称取氯化锡、氯化钌、氯化镍,溶入钛酸丁酯硝酸乙醇溶液中,所述溶液中锡、钌原子比为6:1~10:1, 钌、镍原子比为3:1~10:1。
4.权利要求1所述的涂层钛阳极构成的臭氧水发生器,其特征在于其包括n片发生器阳极(1-4)和n+1片发生器阴极(1-3),n为≥1的自然数,其中发生器阳极(1-4)为涂层钛阳极,发生器阴极(1-3)为钛阴极或不锈钢阴极;涂层钛阳极包括钛基材和掺钌、镍的二氧化锡涂层,其中所述的掺钌、镍的二氧化锡涂层中,锡、钌原子比为6:1~10:1,钌、镍原子比为3:1~10:1。
5.根据权利要求4所述的涂层钛阳极构成的臭氧水发生器,其特征在于所述的发生器阳极(1-4)与发生器阴极(1-3)交叉排列,每片发生器阳极(1-4)的底部电气相连,每片发生器阴极(1-3)的底部电气相连;发生器阳极(1-4)与发生器阴极(1-3)均固定在发生器外壳容器桶(1-5)上,发生器底盖(1-7)设在发生器外壳容器桶(1-5)的底部;发生器阳极(1-4)与发生器阴极(1-3)的顶部设有隔板(1-2),外壳(1-5)的顶部设有上盖(1-1),上盖(1-1)上设有发生器进水口(1-1-1)和发生器出水口(1-1-2);发生器阳极(1-4)与发生器阴极(1-3)通过阳极导电螺柱(1-9)、阴极导电螺柱(1-8)分别与发生器供电的正负极相连。
6.权利要求4所述的涂层钛阳极构成的臭氧水发生器产生臭氧水的方法,其特征在于其包括如下步骤:
首先将涂层钛阳极构成的臭氧水发生器的发生器阳极和发生器阴极浸入电导率大于30µs/cm的水中;然后为发生器阳极和发生器阴极恒电流供电,供电电压范围为3.5~12V,在电场的作用下水被电解,氧离子在阳极催化剂的作用下生成臭氧微气泡;臭氧微气泡迅速溶到水中直接生成臭氧水。
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Legal Events
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication | ||
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Application publication date: 20190830 |