CN110923736A - 一种光电催化化学反应电解池装置 - Google Patents

一种光电催化化学反应电解池装置 Download PDF

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Abstract

本发明提出了一种光电催化化学反应电解池装置，包括电解池；所述电解池设有相互连通的阴极反应室和阳极反应室，阴极反应室与阳极反应室连接处设有阻止阴极反应室内产物进入阳极反应室的离子隔膜。本发明是一种双电解池结构，分别为阴极反应池和阳极反应池，阴极反应池插有工作电极和参比电极，阴极反应池内完成主要的化学反应；阳极反应池插有对电极，与工作电极构成电压回路；在阴极反应池和阳极反应池之间用离子隔膜隔离，因离子隔膜存在，阴极反应室内产物不能进入阳极反应池发生氧化逆反应，有效提高了正向反应效率，可满足绝大部分光电催化化学反应研究要求。

Description

一种光电催化化学反应电解池装置
技术领域
本发明涉及电解池技术领域，尤其涉及一种光电催化化学反应电解池装置。
背景技术
光电催化化学反应是一种通过光电催化激发物质进行还原、分解以及合成反应的技术手段，是目前国际上的热门研究课题，然而目前现有的光电催化化学反应电解池装置反应速率低，无法满足绝大部分光电催化化学反应研究要求。
发明内容
基于背景技术中存在的技术问题，本发明提出了一种光电催化化学反应电解池装置。
本发明提出的一种光电催化化学反应电解池装置，包括反应池体；所述反应池体设有阴极反应室和阳极反应室，阴极反应室与阳极反应室连通并且在阴极反应室与阳极反应室连接处设有阻止阴极反应室内产物进入阳极反应室的离子隔膜。
优选的，还包括第一电极塞、第二电极塞、第三电极塞、工作电极、参比电极和对电极，反应池体内设有阴极内胆、阳极内胆，阴极内胆、阳极内胆分别设有阴极反应室、阳极反应室，第一电极塞、第二电极塞均穿过反应池体与阴极内胆连接，第三电极塞穿过反应池体与阳极内胆连接，工作电极、参比电极分别穿过第一电极塞、第二电极塞伸入阴极反应室内且工作电极、参比电极分别与第一电极塞、第二电极塞螺纹连接，对电极穿过第三电极塞伸入阳极反应室内且对电极与第三电极塞螺纹连接。
优选的，还包括第一取样管和第二取样管，第一取样管穿过反应池体、阴极内胆伸入阴极反应室内，第二取样管穿过反应池体、阳极内胆伸入阳极反应室内。
优选的，反应池体上开设有与阴极反应室连通的第一窗口，第一窗口外依次设有第一窗片、第一环形压板并且第一环形压板与反应池体连接。
优选的，第一窗片与阴极内胆的接触面上设有第一密封圈。
优选的，反应池体上开设有与阳极反应室连通的第二窗口，第二窗口外依次设有第二窗片、第二环形压板并且第二环形压板与反应池体连接。
优选的，第二窗片与阳极内胆的接触面上设有第二密封圈。
优选的，还包括第一进气管和第一出气管，第一进气管一端穿过反应池体、阴极内胆伸入阴极反应室底端且第一进气管与反应池体、阴极内胆密封连接，阴极反应室内设有与第一进气管连接的第一曝气装置，第一出气管穿过反应池体、阴极内胆伸入阴极反应室顶端且第一出气管与反应池体、阴极内胆密封连接。
本发明提出的一种光电催化化学反应电解池装置，是一种双电解池结构，反应池体设有阴极反应室和阳极反应室，阴极反应室插有工作电极和参比电极，阴极反应室内完成主要的化学反应；阳极反应室插有对电极，与工作电极构成电压回路；在阴极反应室和阳极反应室之间用离子隔膜隔离，以光电催化还原N2为例，电解液采用酸性电解质，离子隔膜采用质子交换膜，质子交换膜只容许H+离子通过，在阴极反应池内发生还原反应：N2+6H++6e-→2NH3，因质子交换膜存在，溶解在水中的NH3原子不能进入阳极反应池发生氧化逆反应，有效提高了正向反应效率，实现产物的及时分离，可满足绝大部分光电催化化学反应研究要求，尤其是在电化学合成氨领域有着广泛的应用。
附图说明
图1为本发明提出的一种光电催化化学反应电解池装置的结构示意图；
图2为图1中A-A向结构示意图；
图3为图2中B-B向结构示意图；
图4为本发明提出的一种光电催化化学反应电解池装置的俯视图。
具体实施方式
参照图1-图4，本发明提出一种光电催化化学反应电解池装置，包括反应池体1、第一电极塞6、第二电极塞7、第三电极塞8、工作电极9、参比电极10、对电极11、第一取样管14、第二取样管15、第一进气管3、第一出气管4；其中：
反应池体1内设有阴极内胆12、阳极内胆13，阴极内胆12、阳极内胆13分别设有阴极反应室、阳极反应室，阴极反应室与阳极反应室连通并且在阴极反应室与阳极反应室连接处设有阻止阴极反应室内产物进入阳极反应室的离子隔膜5。
本发明在阴极反应室和阳极反应室之间用离子隔膜5隔离，以光电催化还原N2为例，电解液采用酸性电解质，离子隔膜5采用质子交换膜，质子交换膜只容许H+离子通过，在阴极反应池内发生还原反应：N2+6H++6e-→2NH3，因质子交换膜存在，溶解在水中的NH3原子不能进入阳极反应池发生氧化逆反应，有效提高了正向反应效率，实现产物的及时分离，可满足绝大部分光电催化化学反应研究要求，尤其是在电化学合成氨领域有着广泛的应用。反应池体1为金属材质，耐腐蚀并承载，阴极内胆12、阳极内胆13由聚四氟乙烯材质制成，可耐反应物的强腐蚀。
本实施例中，第一电极塞6、第二电极塞7均穿过反应池体1与阴极内胆12连接，第三电极塞8穿过反应池体1与阳极内胆13连接。工作电极9、参比电极10分别穿过第一电极塞6、第二电极塞7伸入阴极反应室内且工作电极9、参比电极10分别与第一电极塞6、第二电极塞7螺纹连接，对电极11穿过第三电极塞8伸入阳极反应室内且对电极11与第三电极塞8螺纹连接。
本实施例中，第一取样管14穿过反应池体1、阴极内胆12伸入阴极反应室内，第二取样管15穿过反应池体1、阳极内胆13伸入阳极反应室内。
本实施例中，反应池体1上开设有与阴极反应室连通的第一窗口，第一窗口外依次设有第一窗片16、第一环形压板17并且第一环形压板17与反应池体1连接，第一窗片16与阴极内胆12的接触面上设有第一密封圈18。
本实施例中，反应池体1上开设有与阳极反应室连通的第二窗口，第二窗口外依次设有第二窗片19、第二环形压板20并第二环形压板20与反应池体1连接，第二窗片19与阳极内胆13的接触面上设有第二密封圈2。
本实施例中，第一进气管3一端穿过反应池体1、阴极内胆12伸入阴极反应室底端且第一进气管3与反应池体1、阴极内胆12密封连接，阴极反应室内设有与第一进气管3连接的第一曝气装置23，以提高反应气体在电解液中的溶解效率，第一出气管4穿过反应池体1、阴极内胆12伸入阴极反应室顶端且第一出气管4与反应池体1、阴极内胆12密封连接。
本实施例中，第二外壳16上设有与阳极反应室连通并处于密封状态的第二进气管21和第二出气管22。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，包括反应池体(1)；所述反应池体(1)设有阴极反应室和阳极反应室，阴极反应室与阳极反应室连通并且在阴极反应室与阳极反应室连接处设有阻止阴极反应室内产物进入阳极反应室的离子隔膜(5)。
2.根据权利要求1所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，还包括第一电极塞(6)、第二电极塞(7)、第三电极塞(8)、工作电极(9)、参比电极(10)和对电极(11)，反应池体(1)内设有阴极内胆(12)、阳极内胆(13)，阴极内胆(12)、阳极内胆(13)分别设有阴极反应室、阳极反应室，第一电极塞(6)、第二电极塞(7)均穿过反应池体(1)与阴极内胆(12)连接，第三电极塞(8)穿过反应池体(1)与阳极内胆(13)连接，工作电极(9)、参比电极(10)分别穿过第一电极塞(6)、第二电极塞(7)伸入阴极反应室内且工作电极(9)、参比电极(10)分别与第一电极塞(6)、第二电极塞(7)螺纹连接，对电极(11)穿过第三电极塞(8)伸入阳极反应室内且对电极(11)与第三电极塞(8)螺纹连接。
3.根据权利要求2所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，还包括第一取样管(14)和第二取样管(15)，第一取样管(14)穿过反应池体(1)、阴极内胆(12)伸入阴极反应室内，第二取样管(15)穿过反应池体(1)、阳极内胆(13)伸入阳极反应室内。
4.根据权利要求1-3中任一项所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，反应池体(1)上开设有与阴极反应室连通的第一窗口，第一窗口外依次设有第一窗片(16)、第一环形压板(17)并且第一环形压板(17)与反应池体(1)连接。
5.根据权利要求4所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，第一窗片(16)与阴极内胆(12)的接触面上设有第一密封圈(18)。
6.根据权利要求1-3中任一项所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，反应池体(1)上开设有与阳极反应室连通的第二窗口，第二窗口外依次设有第二窗片(19)、第二环形压板(20)并且第二环形压板(20)与反应池体(1)连接。
7.根据权利要求6所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，第二窗片(19)与阳极内胆(13)的接触面上设有第二密封圈(2)。
8.根据权利要求2或3所述的光电催化化学反应电解池装置，其特征在于，还包括第一进气管(3)和第一出气管(4)，第一进气管(3)一端穿过反应池体(1)、阴极内胆(12)伸入阴极反应室底端且第一进气管(3)与反应池体(1)、阴极内胆(12)密封连接，阴极反应室内设有与第一进气管(3)连接的第一曝气装置(23)，第一出气管(4)穿过反应池体(1)、阴极内胆(12)伸入阴极反应室顶端且第一出气管(4)与反应池体(1)、阴极内胆(12)连接。
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